Redescubrir baterías de estado sólido

Baterías de estado sólido: más allá de los sistemas de materiales

El Dr. Li Zheng, Gerente General de SAIC Qingtao, presentó un punto de vista contrastante en la Conferencia Anual de Baterías de Litio Avanzadas de 2023 en noviembre, desafiando el consenso anterior de la industria.

Durante mucho tiempo, las baterías de estado sólido se han considerado una solución ideal para abordar los problemas de seguridad y mejorar la densidad de energía en las baterías de iones de litio. Inicialmente, el desarrollo de baterías de estado sólido implicó apilar materiales, seleccionar los materiales de electrodo positivo y negativo de mayor capacidad en la industria y reemplazar el separador y el electrolito con un electrolito de estado sólido.

Especialmente en 2023, con la homogeneidad de la batería frente a un grave exceso de capacidad y la tecnología de la batería de energía que alcanza un punto crítico de actualización integral, las baterías de estado sólido para vehículos y la planificación de capacidad continua se han discutido con frecuencia, generando altas expectativas del mercado.

Sin embargo, es importante tener cuidado con el riesgo de expectativas excesivas de la industria.

Li Zheng señaló que todavía existe una idea errónea sobre las baterías de estado sólido en la industria, y comprenderlas únicamente desde una perspectiva material es incompleto. Dijo: "La industrialización de las baterías de estado sólido implica una actualización integral de los sistemas de materiales a las estructuras de las baterías y la tecnología de proceso".

Actualmente, el sistema de materiales para baterías de estado sólido aún no se ha establecido, y el equipo de la línea de producción no está completamente equipado, lo que resulta en un estado caótico dentro de la cadena de la industria de baterías de estado sólido.

Teniendo en cuenta el mercado, el enfoque del mercado de electrificación para las baterías de estado sólido ha pasado del diseño de tecnología front-end a productos que están al borde de la aplicación. A la luz de este cambio contextual, la reevaluación de las baterías de estado sólido se convierte en el primer paso para ajustar las estrategias de la industria.

Reevaluación de las baterías de estado sólido

Li Zheng enfatizó que las baterías de estado sólido ofrecen una solución a las limitaciones del sistema de material sólido-líquido.

Cuando observamos el desarrollo de baterías líquidas, el sistema de electrolitos basado en disolventes como PC, EC y DMC se ha utilizado desde las primeras etapas de comercialización. A lo largo de este proceso, el rendimiento de la batería ha mejorado constantemente, y la vida útil del ciclo aumenta de 50 ciclos iniciales a decenas de miles de ciclos. Los aditivos se han incorporado continuamente en el electrolito, y los materiales de electrodo tanto positivos como negativos se han sometido a tratamientos superficiales para estabilizar la interfaz sólido-líquido.

En general, el desarrollo del sistema de baterías sólido-líquido ha seguido un enfoque aditivo. Sin embargo, esta lógica de desarrollo también ha impuesto restricciones a la aplicación de materiales de batería. Si podemos romper con el "patrón fijo" de electrodos positivos ternarios de alto níquel emparejados con electrodos negativos de metal a base de silicio/litio, la actualización integral de baterías de estado sólido tiene un inmenso potencial.

Li Zheng declaró que las ventajas de las baterías de estado sólido radican en la ausencia de un sistema líquido. Esto permite que los materiales de electrodos positivos se extiendan más allá de la plataforma 4,2 V, y se pueden utilizar materiales con alto contenido de manganeso sin preocupaciones de disolución de manganeso. Además, el proceso reduce los pasos, simplificando el proceso general y promoviendo la eficiencia energética.

Desafíos de interfaz y brechas en la cadena de la industria

El potencial de las baterías de estado sólido va acompañado de desafíos en la tecnología central y el apoyo al desarrollo de la industria.

La cuestión de las interfaces sólido-sólido plantea un obstáculo importante en el camino hacia la industrialización. Estas interfaces involucran contactos físicos y químicos, y encontrar el equilibrio adecuado entre la conductividad eléctrica, reducir las reacciones secundarias y reducir la impedancia sigue siendo un foco clave para la industria.

Se están explorando varias soluciones comercialmente, lo que lleva a la aparición de diferentes rutas técnicas para los electrolitos de estado sólido. Li Zheng sugiere prestar atención a la ruta del cloruro además de la ruta del sulfuro, ya que ofrece bajo costo y excelente compatibilidad del proceso.

Cerrar las brechas en la cadena de la industria y avanzar en los avances tecnológicos debe progresar de la mano. El Dr. Li Zheng destaca la falta actual de impulso, materiales y tecnología de proceso en la cadena de la industria de baterías de estado sólido.

Los fabricantes de automóviles carecen de la motivación suficiente para desarrollar baterías de estado sólido debido a un error generalizado. Las baterías de estado sólido aún no se consideran outstandiNG en términos de costo y rendimiento en comparación con las baterías convencionales de iones de litio para aplicaciones automotrices.

La nueva escala de la industria de materiales en el sistema de baterías de estado sólido es pequeña, y el suministro de electrodos positivos de alto manganeso y electrolitos de estado sólido no satisface la demanda. El progreso en el desarrollo de electrodos negativos que contienen litio también es lento.

El desarrollo de la tecnología de procesos va a la zaga de los cambios en el nuevo sistema de materiales de las baterías de estado sólido. Los procesos innovadores, como los electrodos positivos secos, aún no cumplen con los requisitos de producción.

A medida que avanza el desarrollo industrial de las baterías de estado sólido, el grado de iteración y renovación de las líneas de producción aumentará constantemente, lo que conducirá a una disminución gradual de los costos de la batería.

En la etapa de estado semisólido, se innovará el 30% de equipos de línea de producción, lo que hará que los costos sean comparables a

Baterías de estado sólido en el contexto de Comp

El mercado está buscando la próxima generación de baterías eléctricas para cumplir con el objetivo más amplio de electrificación integral. Este objetivo se extiende más allá de promover la penetración en el mercado de vehículos eléctricos y abarca la electrificación en varios dominios, incluidos tierra, mar y aire.

¿Qué nuevos requisitos plantea la era de la electrificación integral para las baterías de energía? Li Zheng cree que en esta era, los ganadores no son aquellos con una sola tecnología que está "muy por delante", sino aquellos que son "Campeones completos" y "guerreros del Polígono".

El Sistema de Evaluación de baterías internas de SAIC Group incluye más de 20 indicadores, pero se pueden resumir en aspectos básicos como el costo, la seguridad, el rendimiento y la durabilidad.

El ENFOQUE DE SAIC Qingtao en su propia batería de estado sólido también girará en torno a la promoción del desarrollo integral en ocho dimensiones: costo de la celda, estabilidad térmica, densidad de energía, consistencia, rendimiento de carga, rendimiento de baja temperatura, ciclo de vida y vida de calendario. Los productos de baterías que evolucionan de líquido a semisólido a estado sólido completo cumplirán gradualmente varios indicadores ideales en el mercado.

El Dr. Zhang Xiaofei, Presidente de la batería de litio avanzada, señala que la tendencia actual del mercado a priorizar el costo en el desarrollo de productos de batería debe abordarse con precaución. Es necesario evitar una inversión ineficaz en la capacidad de gama baja y, en su lugar, centrarse en el desarrollo de tecnologías de baterías de próxima generación, incluidas las baterías de estado sólido y las tecnologías de electrodos secos, para cambiar la industria de la expansión a la expansión.