Redescobrir baterias de estado sólido

Baterias de Estado Sólido: Além dos Sistemas de Material

O Dr. Li Zheng, gerente geral da SAIC Qingtao, apresentou um ponto de vista contrastante na Conferência Anual de Bateria de Lítio Avançada de 2023 em novembro, desafiando o consenso anterior da indústria.

Por muito tempo, as baterias de estado sólido têm sido consideradas uma solução ideal para lidar com questões de segurança e aumentar a densidade de energia em baterias de íon-lítio. Inicialmente, o desenvolvimento de baterias de estado sólido envolveu o empilhamento de materiais, selecionando os materiais de eletrodo positivo e negativo de maior capacidade na indústria e substituindo o separador e o eletrólito por um eletrólito de estado sólido.

Especialmente em 2023, com a homogeneidade da bateria enfrentando grave excesso de capacidade e tecnologia de bateria de energia atingindo um ponto crítico de atualização abrangente, baterias de estado sólido para veículos e planejamento de capacidade contínua têm sido frequentemente discutidos, gerando altas expectativas do mercado.

No entanto, é importante ter cautela quanto ao risco de expectativas excessivas da indústria.

Li Zheng apontou que ainda há um equívoco sobre as baterias de estado sólido na indústria, e entendê-las apenas de uma perspectiva material é incompleto. Ele afirmou: “A industrialização de baterias de estado sólido envolve uma atualização abrangente de sistemas de materiais para estruturas de bateria e tecnologia de processo”.

Atualmente, o sistema de material para baterias de estado sólido ainda não foi estabelecido, e o equipamento da linha de produção não está totalmente equipado, resultando em um estado caótico dentro da cadeia da indústria de baterias de estado sólido.

Considerando o mercado, o foco do mercado de eletrificação para baterias de estado sólido mudou do layout de tecnologia front-end para produtos que estão à beira da aplicação. À luz dessa mudança contextual, reavaliar as baterias de estado sólido se torna o primeiro passo para ajustar as estratégias da indústria.

Reavaliando baterias de estado sólido

Li Zheng enfatizou que as baterias de estado sólido oferecem uma solução para as limitações do sistema de material sólido-líquido.

Quando olhamos para o desenvolvimento de baterias líquidas, o sistema eletrolítico baseado em solventes como PC, EC e DMC está em uso desde os estágios iniciais de comercialização. Ao longo desse processo, o desempenho da bateria melhorou constantemente, com o ciclo de vida aumentando de 50 ciclos iniciais para dezenas de milhares de ciclos. Os aditivos foram continuamente incorporados ao eletrólito e os materiais do eletrodo positivo e negativo foram submetidos a tratamentos de superfície para estabilizar a interface sólido-líquido.

No geral, o desenvolvimento do sistema de bateria sólido-líquido seguiu uma abordagem aditiva. No entanto, essa lógica de desenvolvimento também impôs restrições à aplicação de materiais de bateria. Se pudermos romper com o “padrão fixo” de eletrodos positivos ternários de alto níquel emparelhados com eletrodos negativos de metal à base de silício/lítio, a atualização abrangente de baterias de estado sólido possui um potencial imenso.

Li Zheng afirmou que as vantagens das baterias de estado sólido residem na ausência de um sistema líquido. Isso permite que materiais de eletrodo positivos se estendam além da plataforma de 4,2 V, e materiais com alto teor de manganês podem ser utilizados sem preocupações de dissolução de manganês. Além disso, o processo reduz as etapas, simplificando o processo geral e promovendo a eficiência energética.

Desafios de Interface e Lacunas da Cadeia da Indústria

O potencial das baterias de estado sólido é acompanhado por desafios na tecnologia central e no apoio ao desenvolvimento da indústria.

A questão das interfaces sólido-sólido representa um obstáculo significativo no caminho para a industrialização. Essas interfaces envolvem contatos físicos e químicos, e encontrar o equilíbrio certo entre a condutividade elétrica, reduzir as reações colaterais e diminuir a impedância continua sendo um foco principal para a indústria.

Várias soluções estão sendo exploradas comercialmente, levando ao surgimento de diferentes rotas técnicas para eletrólitos de estado sólido. Li Zheng sugere prestar atenção à rota do cloreto, além da rota do sulfeto, pois oferece baixo custo e excelente compatibilidade do processo.

O fechamento das lacunas na cadeia da indústria e o avanço dos avanços tecnológicos devem progredir de mãos dadas. Dr. Li Zheng destaca a atual falta de momentum, materiais e tecnologia de processo na cadeia da indústria de baterias de estado sólido.

As montadoras não têm motivação suficiente para desenvolver baterias de estado sólido devido a um equívoco generalizado. Baterias de estado sólido ainda não são consideradas outstandiNg em termos de custo e desempenho em comparação com as baterias convencionais de íon-lítio para aplicações automotivas.

A nova escala da indústria de materiais no sistema de bateria de estado sólido é pequena, e o fornecimento de eletrodos positivos de alto teor de manganês e eletrólitos de estado sólido não atende à demanda. O progresso no desenvolvimento de eletrodos negativos contendo lítio também é lento.

O desenvolvimento da tecnologia de processo está atrasado em relação às mudanças no novo sistema de materiais de baterias de estado sólido. Processos inovadores, como eletrodos positivos secos, ainda não atendem aos requisitos de produção.

À medida que o desenvolvimento industrial de baterias de estado sólido progride, o grau de iteração e renovação das linhas de produção aumentará de forma constante, levando a uma diminuição gradual nos custos da bateria.

No estágio de estado semi-sólido, 30% dos equipamentos da linha de produção serão inovados, tornando os custos comparáveis a

Baterias de estado sólido no contexto de Comp

O mercado está buscando a próxima geração de baterias de energia para atender ao objetivo mais amplo de eletrificação abrangente. Esse objetivo vai além da promoção da penetração no mercado de veículos elétricos e abrange a eletrificação em vários domínios, incluindo terra, mar e ar.

Que novos requisitos a era da eletrificação abrangente representa para baterias de energia? Li Zheng acredita que, nesta época, os vencedores não são aqueles com uma única tecnologia que está "muito à frente", mas sim aqueles que são "campeões versáteis" e "guerreiros polígonos".

O sistema de avaliação de bateria interna do Grupo SAIC inclui mais de 20 indicadores, mas eles podem ser resumidos em aspectos essenciais, como custo, segurança, desempenho e durabilidade.

O foco da SAIC Qingtao em sua própria bateria de estado sólido também girará em torno da promoção do desenvolvimento abrangente em oito dimensões: custo da célula, estabilidade térmica, densidade de energia, consistência, desempenho de carregamento, desempenho de baixa temperatura, ciclo de vida e vida do calendário. Os produtos de bateria que evoluem de líquido para semi-sólido para estado sólido total atenderão gradualmente a vários indicadores ideais no mercado.

O Dr. Zhang Xiaofei, presidente da Advanced Lithium Battery, aponta que a tendência atual do mercado de priorizar o custo no desenvolvimento de produtos de bateria deve ser abordada com cautela. É necessário evitar o investimento ineficaz em capacidade de baixo custo e, em vez disso, focar no desenvolvimento de tecnologias de bateria de próxima geração, incluindo baterias de estado sólido e tecnologias de eletrodo seco, para mudar a indústria de rolar para expandir.