الخلاصة: بطارية الحالة الصلبة الجديدة باستخدام بالكهرباء الصلبة والعضوية فاصل بالكهرباء بدلا من الحالية، مع سلامة عالية، وكثافة عالية الطاقة الحجمية، في حين نظم القطب مختلفة جديدة العالي للطاقة محددة - بعد أن تطبق على نطاق واسع (على سبيل المثال، وأنظمة ليثيوم الكبريت، ونظام الهواء المعدنية، الخ) مع الجنس، ويمكن زيادة تحسين نوعية كثافة الطاقة، والتي من المتوقع أن يصبح الحل النهائي للجيل القادم من طاقة البطارية.

A-الحالة الصلبة بطاريات الليثيوم نظرة عامة

كل الحالة الصلبة بطاريات الليثيوم، وهو مادة القطب الصلبة والمواد المنحل بالكهرباء الصلبة، لا يحتوي على بطارية ليثيوم أي سائل، بما في ذلك جميع الحالة الصلبة بطارية ليثيوم أيون وجميع بطاريات الليثيوم المعادن الصلبة، والليثيوم معدن الفرق سلبية الحر هو أن السابق، وهذا الأخير الليثيوم المعدني هو سلبي للغاية.

في النظام الحالي، ومختلف بطاريات جديدة، بطارية الحالة الصلبة باستخدام بالكهرباء الصلبة بدلا من بالكهرباء العضوي الجديد الحالي وفاصل، مع سلامة عالية، وكثافة عالية الطاقة الحجمية، في حين نظم القطب مختلفة جديدة للطاقة عالية محددة (على سبيل المثال، وأنظمة ليثيوم الكبريت والمعادن - الحل النهائي لنظام الهواء، وغيرها) لديه القدرة على التكيف واسعة، ويمكن زيادة تحسين نوعية كثافة الطاقة، والتي من المتوقع أن يصبح الجيل القادم من طاقة البطارية، وتسبب قلقا واسع النطاق في اليابان والولايات المتحدة وألمانيا والعديد من المؤسسات البحثية الأخرى، الطلائعية وبعض أسعار السيارات.

الثانية، ومزايا بطارية ليثيوم الحالة الصلبة والعيوب التقنية القائمة

بالمقارنة مع بطارية ليثيوم أيون التقليدية، وبطاريات الليثيوم الحالة الصلبة لديها مزايا هامة:

الأداء (1) ارتفاع السلامة: وبطاريات ليثيوم أيون التقليدية باستخدام السائل المنحل بالكهرباء العضوية، في زيادة السعر غير طبيعي، الداخلية ماس كهربائى، البطارية من السهل للحرارة، مما تسبب بالكهرباء انتفاخ البطن، والاحتراق التلقائي أو انفجار، هناك خطرا على السلامة خطيرة. العديد من المواد الصلبة غير العضوية بالكهرباء هو غير قابلة للاحتراق، غير قابلة للتآكل، غير متغير، وتسرب السائل ليست مشكلة، مقارنة بالكهرباء البوليمر الصلبة التي تحتوي قابلة للاشتعال المنحل بالكهرباء السائل المذيب، تم تحسين سلامة البطارية بشكل كبير.

(2) ارتفاع كثافة الطاقة: بطارية ليثيوم الدولة يمكن أن يكون الليثيوم القطب السالب المعادن، ومن المتوقع أن تصل إلى كثافة الطاقة البطارية 300 ~ 400Wh / كغ أو حتى أعلى؛ الكهروكيميائية استقرارها تصل إلى أكثر من 5V، والمواد الكهربائي عالية الجهد قد تكون مطابقة، لزيادة تحسين نوعية كثافة الطاقة؛ وليس هناك بالكهرباء السائل غشاء، والحد من وزن البطارية، وبطارية الفضاء ضغط الداخلي، وزيادة كثافة الطاقة حجم؛ وزيادة السلامة، وتبسيط الإسكان وحدة البطارية ونظام التبريد، وتحسين كثافة الطاقة للنظام.

(3) لفترة طويلة دورة الحياة: ومن المتوقع أن تجنب المستمر السائل تشكيل الفيلم بالكهرباء SEI والنمو من المشاكل التشعبات الليثيوم والمشاكل الحاجز pierceable أثناء الشحن والتفريغ، ومعدن الليثيوم يعزز إلى حد كبير خدمة عمر البطارية والدورة الدموية.

(4) مجموعة واسعة درجة حرارة التشغيل: ممتاز الاستقرار وارتفاع درجة الحرارة والليثيوم الحالة الصلبة بطاريات يؤرق، كما هو الحال في كل من المنحل بالكهرباء الصلبة غير العضوية، وتوقعت درجة حرارة التشغيل القصوى لتصل إلى 300 ، وبالتالي تجنب الحرارية مادة الأنود هارب قد يؤدي إلى رد فعل من الحل الكهربائي في درجة حرارة عالية.

(5) كفاءة الإنتاج: بدون السائل التغليف، ورتبت لدعم مسلسل آلية تراكب بين القطبين، يمكن أن تقلل من مساحة ميتة في البطارية، وتحسين كفاءة الإنتاج.

(6) لديها ميزة المرونة: قد يكون كل الصلبة بطارية ليثيوم رقيقة فيلم مستعدة ومرنة خلية البطارية، نسبة إلى بطاريات الليثيوم بالكهرباء السائل مرنة، وحزمة أكثر سهولة وأمان، يمكن تطبيقها على الأجهزة الطبية القابلة للارتداء وزرع الذكية المستقبل.

على الرغم من كل بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة في العديد من المجالات أظهر مزايا كبيرة، ولكن هناك بعض المشاكل التي يتعين حلها على وجه السرعة:

للبحث البطارية والتنمية عن الحالة الصلبة، جوهر حل المشكلة أعلاه هو التنظيم والتحسين بالكهرباء الدولة للتنمية المادية الصلبة وأداء واجهة.

الثالث، ومسار التقنية والتركيز على البحوث بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة

3.1 بالكهرباء الصلبة مسار التكنولوجيا المادية

أداء المواد بالكهرباء يحدد إلى حد كبير في كثافة الطاقة من البطارية والاستقرار دورة، والأمن، والأداء، وارتفاع وانخفاض في درجات الحرارة وخدمة الحياة. بالكهرباء الصلبة شيوعا ويمكن تقسيم بالكهرباء البوليمر المستندة والكهارل غير العضوية فئتين.

بالكهرباء الصلبة البوليمر

منذ اكسيد البولي ايثيلين (PEO) والبوليمر بالمقارنة مع الحلول الأخرى التي لديها قدرة أكبر من الملح الليثيوم، والليثيوم ومستقرة، وبالتالي فإن التركيز على البحوث الحالية في PEO الرئيسي ومشتقاتها.

ترطيب ضعف بالكهرباء البوليمر الكهربائي يجب نقل المادة الفعالة deintercalating الليثيوم على سطح القطب من خلال القطع القطب، بحيث قدرة البطارية أثناء عملية القطع القطب لا يمكن ان تلعب مادة نشطة، والمواد بالكهرباء في المواد الكهربائي، أو بدلا من ذلك عصا التكتل وكلاء لإعداد المواد القطب المركبة، الجسيمات ملء الفجوة بين الأقطاب، بالكهرباء ترطيب محاكاة العملية هو وسيلة فعالة لهجرة أيونات الليثيوم قطع القطب وزيادة سعة البطارية للعب. الشوارد PEO المستندة بسبب ارتفاع التبلور، مما أدى إلى انخفاض الموصلية الكهربائية في درجة حرارة الغرفة، وبالتالي تحتاج عادة إلى أن تبقى عند درجة حرارة التشغيل من 60 ~ 85 ، يحتاج نظام بطارية خاصة تجميع نظام إدارة الحراري. وعلاوة على ذلك، PEO نافذة الكهروكيميائية ضيقة، فمن الصعب لتتناسب مع كثافة الطاقة العالية من القطب الموجب، وبالتالي الحاجة إلى تعديله.

بولور أعلى النضج بالكهرباء القائم على PEO يحتوي على بطارية الحالة الصلبة التجارية، وكمية صغيرة من تشغيل المدينة في تأجير السيارات في المملكة المتحدة، وتعمل متطلبات درجة الحرارة منها 60 ~ 80 ، والاستخدام الإيجابي للLFP وLixV2O8، ولكن كثافة الطاقة حزمة فقط 100Wh / كغ.

بالكهرباء صلبة غير العضوية

بالكهرباء صلبة غير العضوية تشمل أكاسيد وكبريتيد. أكسيد بالكهرباء الهيكل المادي الصلب وفقا لدول البلورية وغير متبلور يمكن تقسيمها إلى نوعين، حيث أن التركيز على البحوث رقيقة والبطاريات بالكهرباء LiPON.

خلية أكسيد الدراجات الأداء ومعدل القدرة على إعداد في مادة LiPON بالكهرباء ممتازة نسبيا، ولكن الأنود المادي يجب المغنطرون الاخرق، نابض ترسب الليزر، وترسيب البخار الكيميائي أو ما شابه مصنوعة من القطب رقيقة، في حين ليس كما الليثيوم المشترك يضاف أيون تكنولوجيا البطاريات كمادة موصلة، القطب وبالكهرباء لا يمكن التسلل وتتم الفقراء، إلا إيجابية رقيقة وطبقة القطب السلبية مثل أيون القطب الليثيوم والقدرة نقل الإلكترون، وذلك للحد من مقاومة البطارية. وهكذا، فإن قدرة بطارية واحدة من طبقة رقيقة صلبة LiPON الليثيوم دولة غير العضوية ليست عالية، ليست مناسبة لإعداد المجال لمستوى البطارية آه.

مشتق كبريتيد بالكهرباء الحالة الصلبة من المنحل بالكهرباء أكسيد الصلبة، منذ الكهربائية عنصر الأكسجين الكبريت السلبي هو أصغر من، أصغر أغلال من أيونات الليثيوم، والليثيوم أيونات مفيد لإعطاء المزيد من حرية الحركة. وفي الوقت نفسه، الأكسجين أكبر من نصف قطر الكبريت، يمكن أن تشكل قناة أكبر وبالتالي تحسين الموصلية يثيوم أيون. سامسونج، باناسونيك، هيتاشي Zosen + هوندا وسوني وإجراء البحوث والتنمية كبريتيد بالكهرباء صلبة غير العضوية. ولكن حساسة للهواء، تتأكسد بسهولة، عالية المقاومة واجهة، والتحديات الناجمة عن ارتفاع تكلفة هو ليس من السهل حلها على المدى القصير، وذلك في نهاية المطاف لا تزال هناك مسافة طويلة من تطبيق جميع الصلبة للدولة الليثيوم كبريتيد بالكهرباء.

وباختصار، فإن أيون غير العضوية بالكهرباء الصلبة موصل ومسرحية واحدة من مزايا عالية من الاستقرار، لجميع الحالة الصلبة بطارية ليثيوم أيون وجود الاستقرار الحرارية العالية، انفجار غير قابلة للاحتراق، والاستقرار دورة عالية صديقة للبيئة، تأثير قوي وغيرها من المزايا، في حين أن تطبيق المتوقع في بطاريات الليثيوم والكبريت، بطاريات الليثيوم الهواء وغيرها من بطاريات ليثيوم أيون الجديدة، بالكهرباء هو تطور كبير في المستقبل.

مراقبة وتحسين أداء واجهة 3.2

بالكهرباء الصلبة موجودا بين مقاومة واجهة القطب وكبير، وسوء التوافق البيني، في حين أن حجم التوسع والانكماش من كل المواد خلال الشحن والتفريغ، مما يؤدي إلى مشاكل مثل سهولة انفصال واجهة. الأنود معدن الليثيوم في اتصال مع المرحلة الصلبة هو أيضا يقدم مقاومة كبيرة، رد فعل بينية، وانخفاض الكفاءة. الاتجاه الرئيسي من الحل الحالي هو على النحو التالي:

رابعا، التقدم الصناعي من بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة

4.1 الشركات الأجنبية العملاقة لديها تخطيط صناعة الليثيوم الحالة الصلبة

لبطاريات الليثيوم لها كثافة طاقة أعلى وأفضل من الأمن، والجوانب الخارجية من الحالة الصلبة الشركات المصنعة للبطارية ليثيوم أيون الليثيوم ومعاهد البحوث حيث نفذت الكثير من البحث والتطوير. واليابان هي البحوث بطارية الحالة الصلبة والتطوير لتعزيز المستوى الاستراتيجي الوطني، مايو 2017، أعلنت محافظة الاقتصاد الياباني خطط لدفع 1.6 مليار ين، وتويوتا المشتركة، هوندا، نيسان، باناسونيك، GS يواسا، توراي، اساهي Kasei، ميتسوي للمواد الكيميائية، ميتسوبيشي أعلى قوة أخرى محلية سلسلة صناعة الكيميائية ولتطوير مشترك بطاريات الحالة الصلبة، ونأمل 2030 الأهداف 800 كم التحمل.

EV الفرنسية بولور ل"Bluecar" مع شركاتها التابعة Batscap بطارية إنتاج 30kwh معدن الليثيوم بوليمر ليثيوم باستخدام PEO-LFP النظام المادي، وخدمة في باريس "Autolib" في استخدام لتقاسم سيارة حوالي 2900 Bluecar، وهو عالم لأول مرة لEV التجاري بطارية لدولة كل الصلبة. وضعت تويوتا بطارية ليثيوم أيون عن الحالة الصلبة، وكثافة الطاقة من 400Wh / كغ، وخطط لتسويق في عام 2020، وأحدث الحالة الصلبة كثافة الطاقة بطارية باناسونيك يتم زيادة نسبيا 3-4 مرات؛ بطاريات ألمانيا KOLIBRI المستخدمة في السيارات الكهربائية أودي A1، لم يتم تسويقها.

وبالإضافة إلى ذلك، سامسونج، ميتسوبيشي، بي ام دبليو، هيونداي، دايسون والعديد من الشركات وتكثف أيضا التخطيط للبحوث بطارية الحالة الصلبة والتنمية من خلال البحوث الخاصة بها وتطوير احتياطيات أو مزيج من عمليات الاندماج والاستحواذ. أعلنت شركة تويوتا شراكة مع باناسونيك R & D بطاريات الحالة الصلبة، أعلنت BMW تعاون مع SolidPower R & D بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة، بوش وGSYUASA (يواسا) شركة البطارية الشهيرة في اليابان وشركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة لبناء مشترك لمصنع جديد، الأنود الصلبة الرئيسي للبطارية ليثيوم أيون، هوندا و ومن المتوقع هيتاشي Zosen المؤسسات القائمة وضعت مستوى البطارية آه بعد ثلاث سنوات من الإنتاج.

4.2 المؤسسات البحثية الرائدة المحلية العاملة في صناعة الليثيوم الحالة الصلبة

بدأت الحالة الصلبة الليثيوم البحوث الصين في وقت سابق الأساسي. خلال "الخطة" و "خطة"، والأكاديمية الصينية للعلوم أن تكون الحالة الصلبة يثيوم أيون موصل وسريعة كقضية أساسية، وحاليا يتم إجراء خمسة فرق R & D التقدم مختلفة. وبالإضافة إلى ذلك، جامعة بكين، الصين إلكترونيات التكنولوجيا المجموعة تيانجين 18 مؤسسة أخرى أيضا بتنفيذ مشروع دراسة الليثيوم بالكهرباء الصلبة.

خلال تطوير المؤسسات المحلية، بما في ذلك CATL الحالة الصلبة الليثيوم، بلد جيا ستار (أسهم جيا وى)، والطاقة جيانغسو تشينغ تاو والطاقة هوى من تايوان، والليثيوم الصين الطيران وهلم جرا. CATL كبريتيد والاتجاه الرئيسي للتنمية المنحل بالكهرباء، والقطب الموجب طلاء باستخدام تفاعل بينية حل مشكلة مادة القطب الموجب والكهارل الصلبة، الحالة الصلبة بطاريات ليثيوم بوليمر المعدنية حاليا أكثر من 300 أسابيع قدرة دورة معدل الاحتفاظ بنسبة 82. تم تشينغ تاو غشاء السيراميك الكامل والكهارل الصلبة غير العضوية المتقدمة المحتوى الصلب عالية الطاقة تقوم، بالتعاون مع بيكي مرة أخرى. الدولة ستار جيا التقنيات الجينية باستخدام مادة، لتحديد التركيب الأمثل للبوليمر المنحل بالكهرباء الصلبة عالية الإنتاجية اختبار التقنيات. وبالإضافة إلى ذلك، كما صناعة قان لى فنغ، BYD، العالمي 123، أعلن أيضا أن جميع مجالات تخطيط البطاريات الحالة الصلبة، ولكن معظم الشركات لا تزال في مرحلة "التنمية اللفظية".

خامسا، صناعة البطاريات الليثيوم الحالة الصلبة التوقعات

حاليا هناك نوعان من الحالة الصلبة البحوث البطارية وتنمية الاتجاه، بل هو بطارية الليثيوم الصلبة الدولة أيون، هذا الاتجاه الصناعات الأخرى لديها نظام متطور، ولكن أيضا على الحاجة لبطاريات الليثيوم الثانوية المطعمة إلى تطوير. شركات الإنتاج الأجنبية بالكهرباء الصلبة نادرة، ولا لقاء عائلي، وقيدت تطوير بطارية الحالة الصلبة للتقدم إلى حد ما. المختبر الياباني نجحت في تطوير بطارية هلام للدولة والجامعات المحلية ومعاهد الأبحاث بالفعل عينات، ولكن معظم البقاء في نسبة الامتثال، دورة سوى بضع مئات أضعاف مستوى الطاقة، إلى جانب التكلفة العالية، العائد المنخفض لا يمكن مبلغ الإنتاج.

أسلوب آخر هو اتجاه تطوير الخلية المعدنية الصلبة، والأكثر شيوعا هو بطارية ليثيوم الكبريت. عند تغيير بالكهرباء الصلبة، القطب الليثيوم نظام مادي - تحويل واجهة الصلبة الصلبة المنحل بالكهرباء الصلبة - واجهة بالكهرباء لمادة القطب الصلبة والسائلة. لا التبول بين الصلبة والصلبة، واجهة سهلة لتشكيل مقاومة اتصال أعلى، ومقاومة دورة الخلية تصبح فقيرة، وتهمة لا يمكن أن يكون بسرعة. ليثيوم الكبريت بيئة الإنتاج البطارية فراغ، سوف تنفجر مرة واحدة مختلطة مع الأكسجين، والذي يعطي الشركات تجلب تحديا كبيرا جدا.

جميع بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة باعتبارها واحدة من الاتجاه المستقبلي للتكنولوجيا لاستبدال بطارية ليثيوم التقليدية، التي جذبت العديد من المؤسسات البحثية المحلية والأجنبية والمؤسسات في البحث والتطوير، ولكن في صلب الأمثل بالكهرباء المادي أداء واجهة، القطب اختيار المواد والتكاليف، والتكنولوجيا لا تزال لديها منذ فترة طويلة طريقة للذهاب، وبغض النظر عن التكنولوجيا عملية الإنتاج، خط الانتاج أو سوف البيئة المحيطة تتطلب استثمارات رأسمالية ضخمة وبدقة المعلمات السيطرة للشركات المبتدئة المتخلفة، من خط الانتاج مختبر قطع شوطا كبيرا جدا الآن مكلفة للغاية. بطبيعة الحال، فإن الوجه من قيمته التجارية الضخمة من الفضاء، وبالتأكيد سيكون هناك أكثر مماثلة لنفس ممتازة BMW مصنعي السيارات وشركات البطارية في ذلك، ونحن نعتقد أنه مع تطور التكنولوجيا لتعزيز والعمق، فإن وتيرة البطارية الحالة الصلبة الصناعية تسريع تدريجيا.