Redécouvrir les batteries à l'état solide

Batteries à semi-conducteurs: au-delà des systèmes matériels

Le Dr Li Zheng, directeur général de SAIC Qingtao, a présenté un point de vue contrasté lors de la conférence annuelle 2023 Advanced Lithium Battery en novembre, contestant le consensus précédent de l'industrie.

Pendant longtemps, les batteries à semi-conducteurs ont été considérées comme une solution idéale pour répondre aux problèmes de sécurité et améliorer la densité d'énergie des batteries lithium-ion. Initialement, le développement de batteries à semi-conducteurs impliquait l'empilement de matériaux, la sélection des matériaux d'électrode positive et négative de la plus grande capacité de l'industrie et le remplacement du séparateur et de l'électrolyte par un électrolyte à l'état solide.

Surtout en 2023, avec l'homogénéité de la batterie confrontée à une surcapacité grave et la technologie des batteries électriques atteignant un point critique de mise à niveau complète, les batteries à semi-conducteurs pour les véhicules et la planification continue de la capacité ont été fréquemment discutées, générer des attentes élevées du marché.

Cependant, il est important de faire preuve de prudence quant au risque d'attentes excessives de l'industrie.

Li Zheng a souligné qu'il existe encore une idée fausse sur les batteries à semi-conducteurs dans l'industrie, et les comprendre uniquement d'un point de vue matériel est incomplète. Il a déclaré: «L'industrialisation des batteries à semi-conducteurs implique une mise à niveau complète des systèmes de matériaux aux structures de batterie en passant par la technologie de traitement.

Actuellement, le système de matériau pour les batteries à semi-conducteurs n'a pas encore été établi et l'équipement de la ligne de production n'est pas entièrement équipé, ce qui entraîne un état chaotique au sein de la chaîne de l'industrie des batteries à semi-conducteurs.

Compte tenu du marché, le marché de l'électrification des batteries à semi-conducteurs est passé de la disposition technologique frontale à des produits sur le point d'être appliqués. À la lumière de ce changement contextuel, la réévaluation des batteries à semi-conducteurs devient la première étape de l'ajustement des stratégies de l'industrie.

Réévaluation des batteries à l'état solide

Li Zheng a souligné que les batteries à semi-conducteurs offrent une solution aux limites du système de matériau solide-liquide.

Lorsque nous examinons le développement de batteries liquides, le système d'électrolyte basé sur des solvants tels que PC, EC et DMC est utilisé depuis les premiers stades de la commercialisation. Tout au long de ce processus, les performances de la batterie se sont régulièrement améliorées, la durée de vie du cycle passant de 50 cycles initiaux à des dizaines de milliers de cycles. Des additifs ont été continuellement incorporés dans l'électrolyte, et les matériaux d'électrode positive et négative ont subi des traitements de surface pour stabiliser l'interface solide-liquide.

Dans l'ensemble, le développement du système de batterie solide-liquide a suivi une approche additive. Cependant, cette logique de développement a également imposé des contraintes à l'application des matériaux de batterie. Si nous pouvons rompre avec le «motif fixe» des électrodes positives ternaires à haute teneur en nickel associées à des électrodes négatives à base de silicium/lithium-métal, la mise à niveau complète des batteries à semi-conducteurs recèle un immense potentiel.

Li Zheng a déclaré que les avantages des batteries à semi-conducteurs résident dans l'absence de système liquide. Cela permet aux matériaux d'électrode positive de s'étendre au-delà de la plate-forme 4.2V, et des matériaux à haute teneur en manganèse peuvent être utilisés sans problème de dissolution du manganèse. De plus, le processus réduit les étapes, simplifie le processus global et favorise l'efficacité énergétique.

Défis d'interface et lacunes de la chaîne industrielle

Le potentiel des batteries à semi-conducteurs s'accompagne de défis en matière de technologie de base et de soutien au développement de l'industrie.

La question des interfaces solide-solides pose un obstacle important sur la voie de l'industrialisation. Ces interfaces impliquent à la fois des contacts physiques et chimiques, et trouver le bon équilibre entre la conductivité électrique, la réduction des réactions secondaires et l'abaissement de l'impédance reste un objectif clé pour l'industrie.

Diverses solutions sont explorées commercialement, conduisant à l'émergence de différentes voies techniques pour les électrolytes à l'état solide. Li Zheng suggère de prêter attention à la voie du chlorure en plus de la voie du sulfure, car elle offre un faible coût et une excellente compatibilité des processus.

Combler les lacunes de la chaîne industrielle et faire progresser les percées technologiques doivent progresser main dans la main. Dr. Li Zheng souligne le manque actuel d'élan, de matériaux et de technologie de processus dans la chaîne de l'industrie des batteries à semi-conducteurs.

Les constructeurs automobiles manquent de motivation suffisante pour développer des batteries à semi-conducteurs en raison d'une idée fausse répandue. Les batteries à semi-conducteurs ne sont toujours pas considérées comme outstanddiNg en termes de coût et de performance par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles pour les applications automobiles.

La nouvelle échelle de l'industrie des matériaux dans le système de batterie à semi-conducteurs est petite et l'offre d'électrodes positives à haute teneur en manganèse et d'électrolytes à semi-conducteurs ne répond pas à la demande. Les progrès dans le développement des électrodes négatives contenant du lithium sont également lents.

Le développement de la technologie des procédés est en retard par rapport aux changements dans le nouveau système de matériaux des batteries à semi-conducteurs. Les procédés innovants, tels que les électrodes positives sèches, ne répondent pas encore aux exigences de production.

Au fur et à mesure que le développement industriel des batteries à semi-conducteurs progressera, le degré d'itération et de renouvellement des lignes de production augmentera régulièrement, entraînant une diminution progressive des coûts des batteries.

Au stade de l'état semi-solide, 30% des équipements de ligne de production seront innovés, rendant les coûts comparables à

Batteries à semi-conducteurs dans le contexte de Comp

Le marché recherche la prochaine génération de batteries de puissance pour atteindre l'objectif plus large d'une électrification complète. Cet objectif va au-delà de la promotion de la pénétration du marché des véhicules électriques et englobe l'électrification dans divers domaines, notamment la terre, la mer et l'air.

Quelles nouvelles exigences l'ère de l'électrification complète pose-t-elle pour les batteries de puissance? Li Zheng pense qu'à cette époque, les gagnants ne sont pas ceux qui ont une seule technologie qui est «loin devant», mais plutôt ceux qui sont des «champions polyvalents» et des «guerriers polygones».

Le système d'évaluation interne des batteries de SAIC Group comprend plus de 20 indicateurs, mais ils peuvent être résumés en aspects essentiels tels que le coût, la sécurité, les performances et la durabilité.

L'accent mis par SAIC Qingtao sur sa propre batterie à semi-conducteurs s'articulera également autour de la promotion d'un développement complet en huit dimensions: coût de la cellule, stabilité thermique, densité d'énergie, cohérence, performances de charge, performance à basse température, cycle de vie et durée de vie du calendrier. Les produits de batterie passant du liquide au semi-solide au plein état solide répondra progressivement à divers indicateurs idéaux sur le marché.

Le Dr Zhang Xiaofei, président de Advanced Lithium Battery, souligne que la tendance actuelle du marché à donner la priorité au coût dans le développement de produits de batterie doit être abordée avec prudence. Il est nécessaire d'éviter les investissements inefficaces dans la capacité bas de gamme et de se concentrer plutôt sur le développement de technologies de batterie de nouvelle génération, y compris les batteries à semi-conducteurs et les technologies d'électrodes sèches, pour faire passer l'industrie du roulement à l'expansion.