Les idéaux brillent dans la réalité: les batteries entièrement solides seront produites en masse

Dans le contexte de la transformation mondiale de l'énergie, de nouvelles technologies énergétiques se développent rapidement. Les batteries entièrement solides, en tant que technologie de batterie de nouvelle génération très prometteuse, deviennent progressivement au centre de l'industrie. Récemment, des constructeurs automobiles tels que Changan Automobile et BYD ont annoncé le calendrier d'installation des batteries entièrement solides, indiquant que le processus de commercialisation des batteries tout solide accélère.

Les batteries entièrement solides se réfèrent aux batteries au lithium-ion qui utilisent des électrolytes à l'état solide. En termes de principes de travail, ils ne sont pas différents des batteries au lithium traditionnelles, mais leurs électrolytes à l'état solide de base leur offrent de nombreux avantages par rapport aux batteries au lithium liquide traditionnelles.

En termes de performances de sécurité, l'électrolyte des batteries de lithium liquide traditionnelles est inflammable et volatile, ce qui est une cause importante des incendies de véhicules électriques et même des explosions. L'électrolyte solide utilisé dans les batteries tout solides n'est pas inflammable, ce qui réduit considérablement le risque de combustion et d'explosion de la batterie, et améliore considérablement la sécurité. Par exemple, certaines batteries à semi-conducteurs peuvent résister à des températures élevées de 1, 000 et peuvent continuer à alimenter même si un coin est coupé.

En termes de densité d'énergie, les batteries entièrement solides ont des avantages évidents. La densité d'énergie des batteries au lithium traditionnelles a progressivement approché un goulot d'étranglement. La densité d'énergie des batteries de phosphate de fer au lithium est 150-210 WH / kg, et la limite supérieure des batteries au lithium ternaire est d'environ 350Wh / kg. La densité d'énergie des batteries entièrement solides devrait atteindre plus de 500Wh / kg. Par exemple, la densité d'énergie de la batterie entièrement solide de Jinzhongzhao développée par Changan Automobile peut atteindre 400Wh / kg, et la gamme de croisière dépasse 1 500 kilomètres lorsqu'elle est pleinement chargée, ce qui souligne considérablement l'anxiété de portée. Dans le même temps, les électrolytes solides peuvent résister à des tensions plus élevées, et le volume de la batterie peut être encore réduit, ce qui améliore considérablement la vitesse de charge, et il devrait atteindre une plage de croisière de 1 000 kilomètres après la charge pendant 10 minutes.

En termes de stabilité du cycle et de performances élevées et à basse température, les batteries entièrement solides fonctionnent également bien. Sa durée de vie du cycle peut atteindre plus de 10 fois 000, ce qui est beaucoup plus élevé que les batteries au lithium ternary et les batteries de phosphate de fer au lithium, et il peut maintenir de bonnes performances dans des environnements à haute température, résolvant efficacement le problème de la charge lente et de la perte rapide des batteries de lithium traditionnelles dans les faibles températures en hiver.

À l'heure actuelle, il existe trois voies techniques traditionnelles pour les batteries à semi-conducteurs: les polymères, les oxydes et les sulfures.

Les électrolytes en polymère appartiennent à la catégorie des électrolytes organiques. Ils sont flexibles, ont de bonnes propriétés mécaniques, sont faciles à traiter et à former, sont très compatibles avec les processus de production d'électrolyte liquide existants, sont faciles à préparer des films minces à grande échelle et ont atteint une production de masse à petite échelle. Cependant, leur conductivité est à faible température ambiante, généralement entre 10⁻⁷ et 10⁻⁴s / cm, et ils doivent être chauffés à plus de 60 degrés pour fonctionner correctement. Ils ont une fenêtre électrochimique étroite et une stabilité thermique relativement mauvaise.

Les électrolytes à l'oxyde sont stables dans l'air, ont une excellente stabilité thermique, peuvent résister à des températures élevées supérieures à 600 degrés, ont une résistance mécanique élevée, peuvent inhiber efficacement la croissance des dendrites au lithium et conviennent aux matériaux d'électrode positive à haute tension tels que des matériaux ternaires à haute nickel. Le coût et la difficulté de R&D sont relativement faibles. Cependant, il a également le problème de la faible conductivité ionique. La conductivité à température ambiante se situe généralement entre 10⁻⁶ et 10⁻³S / cm, qui doit être améliorée par le frittage à haute température ou l'ajout d'électrolytes liquides, et l'impédance d'interface avec l'électrode est élevée, ce qui entraîne une courte durée de vie du cycle.

Les électrolytes sulfurés ont d'excellentes performances et la conductivité ionique la plus élevée. La conductivité à température ambiante peut atteindre 10⁻²s / cm, qui est proche du niveau d'électrolytes liquides. Ils soutiennent la charge et la décharge rapide, et la densité d'énergie théorique dépasse 500Wh / kg. Ils sont compatibles avec les électrodes négatives au lithium en métal, ont une bonne stabilité thermique, sont de texture molle et ont une forte plasticité. Cependant, ils ont une mauvaise stabilité chimique et sont faciles à réagir avec l'humidité et l'oxygène dans l'air pour générer des gaz à l'hydrogène toxique. Ils sont difficiles à préparer et ont des coûts de production élevés.

À l'échelle mondiale, de nombreuses entreprises ont investi dans la recherche et le développement et la production de batteries tout solides et ont accéléré leur disposition. Les constructeurs automobiles japonais ont commencé au début de la recherche et du développement de batteries à semi-conducteurs.
Toyota Motors a commencé la recherche et le développement de batteries à semi-conducteurs dès 2006 et a récemment annoncé qu'elle entamera une production d'essais à petite échelle en 2026 et une production de masse après 2030;
Honda Motors a annoncé qu'elle commencerait la production d'essai de batteries entièrement solides pour les véhicules électriques purs en janvier 2025; Nissan prévoit de commencer la production d'essai de batteries à semi-conducteurs dans son usine de Yokohama cette année et de lancer des véhicules électriques équipés de batteries entièrement solides d'ici 2028.

Les entreprises chinoises ne veulent pas non plus à la traîne. CATL a construit une chaîne de production pilote pour les batteries entièrement solides et mène actuellement l'optimisation des processus et la vérification du produit. On s'attend à ce qu'il produirait en masse des batteries entièrement solides à petite échelle en 2027.

BYD a commencé la recherche et le développement de batteries entièrement solides en 2013 et a commencé la vérification de la faisabilité de l'industrialisation des batteries à l'état solide, couvrant les percées de la technologie des matériaux clés, le développement du système de cellules de la batterie et la construction de la ligne de production. Il devrait commencer la démonstration et l'installation de masse de batteries entièrement solides en 2027 et obtenir une commercialisation à grande échelle après 2030.

Changan Automobile prévoit de lancer 8 cellules de batterie auto-développées, y compris le liquide, semi-solide et solide, d'ici 2030, pour lancer des prototypes fonctionnels en 2025 et pour produire progressivement des batteries en masse entièrement solides en 2027.

GAC AION a annoncé qu'il réaliserait la production de masse et l'installation de batteries entièrement solides en 2026 et sera d'abord installée dans sa marque haut de gamme Haobo;

Chery Automobile prévoit d'obtenir une installation de batterie tout solide en 2026 et une production de masse à grande échelle en 2027;

SAIC Group a annoncé que les batteries entièrement solides seront produites en masse et livrées en 2026, et les voitures neuves de Zhiji équipées de batteries entièrement solides seront produites en masse et livrées en 2027.

Du point de vue global de l'industrie, la chaîne de l'industrie de la batterie à l'état solide est similaire à celle des batteries liquides, couvrant l'approvisionnement en matières premières en amont, les matériaux et la fabrication de la batterie au milieu de la course, et les zones d'application en aval. L'upstream fournit principalement des ressources métalliques telles que le lithium, le cobalt et le nickel, ainsi que les matériaux de base pour les électrolytes à semi-conducteurs. Il a une forte dépendance aux ressources, des barrières techniques élevées et une concentration élevée du marché. Le milieu est le lien central de la recherche et du développement et de la fabrication de batteries. L'innovation technologique est le principal moteur, mais il est confronté à des problèmes de processus complexes et de pression à forte coût. Les champs d'application en aval sont larges, couvrant de nouveaux véhicules énergétiques, le stockage d'énergie, l'électronique grand public et d'autres domaines, avec un soutien politique solide et un énorme potentiel de marché.

Bien que les batteries entièrement solides aient de larges perspectives, elles sont toujours confrontées à de nombreux défis sur la voie de la production de masse commerciale.

Au niveau technique, bien que certains progrès aient été réalisés dans des électrolytes solides, des matériaux d'électrodes positifs et négatifs, etc., il y a encore des problèmes scientifiques de base et des problèmes techniques d'ingénierie qui doivent être résolus d'urgence. Par exemple, comment améliorer davantage la conductivité ionique des électrolytes solides, améliorer leur compatibilité avec le lithium métal et les matériaux d'électrode énergétique spécifiques et construire une interface compatible et stable solide solide. Différentes voies techniques ont également leurs propres lacunes, telles que la mauvaise stabilité chimique et la difficulté de préparation des électrolytes sulfure, et la faible conductivité ionique des électrolytes d'oxyde. Ces problèmes nécessitent des investissements en R&D continus à surmonter.

Le coût est également un facteur important limitant l'application à grande échelle des batteries tout solides. À l'heure actuelle, le coût des monomères liquides au lithium-ion est d'environ 0. 5 yuans par wattheur, tandis que le coût des matériaux des batteries à semi-conducteurs est supérieur à 2 yuans par watthour sans production de masse à grande échelle. Le coût du matériau d'un pack de batteries 100- kilowatt-heure dépasse à lui seul 200, 000 Yuan, qui est beaucoup plus élevé que les batteries liquides existantes. Prenant l'exemple des batteries à l'état solide sulfure, l'indium métallique rare requis pour sa production est coûteux, et la préparation de précurseurs de sulfure de lithium est difficile et coûteuse, ce qui conduit au coût global élevé des batteries.

Au niveau du marché, les batteries à semi-conducteurs, en tant que nouveaux produits, ont besoin d'un certain temps pour obtenir la reconnaissance et l'acceptation du marché. Bien qu'ils aient des avantages dans la densité et la sécurité énergétiques, il y a encore place à l'amélioration par rapport aux batteries au lithium traditionnelles en termes de durée de vie du cycle. En outre, bien que certaines entreprises aient atteint la livraison d'échantillons en petit groupe, elles n'ont pas encore formé de commandes stables, et il y a une incertitude dans les perspectives de demande réelles.

En regardant vers l'avenir, les batteries entièrement solides devraient jouer un rôle important dans de nombreux domaines. Dans le domaine des nouveaux véhicules énergétiques, il améliorera considérablement la gamme de croisière du véhicule, la sécurité et la vitesse de charge, favorisera la nouvelle industrie des véhicules énergétiques à un niveau supérieur et accélèrent la transformation d'électrification de l'industrie automobile.

Dans le domaine du stockage d'énergie, la densité d'énergie élevée et les caractéristiques de durée de vie à cycle long des batteries tout solides leur permettent de stocker l'électricité plus efficacement, d'équilibrer l'approvisionnement et la demande d'électricité et de fournir un fort soutien à l'accès à grande échelle et à un fonctionnement stable des énergies renouvelables.

Dans le domaine de l'électronique grand public, les batteries tout solides peuvent rendre les appareils plus fins et plus durables et améliorer l'expérience utilisateur.

Avec l'avancement continu de la technologie et le développement de l'industrie, les performances des batteries tout solides continueront de s'améliorer et le coût devrait diminuer progressivement. L'investissement continu et la R&D de nombreuses entreprises, ainsi que la promotion de l'innovation collaborative entre l'industrie, le monde universitaire et la recherche, accéléreront la percée technologique et la commercialisation des batteries tout solides. Au niveau de la politique, les gouvernements de divers pays augmentent constamment leur soutien aux nouvelles technologies énergétiques, ce qui créera également un bon environnement politique pour le développement de l'industrie de la batterie entièrement solide.

Comme les principaux sommets commandants de la concurrence pour la technologie des batteries de nouvelle génération, les batteries entièrement solides sont confrontées à plusieurs défis tels que la technologie, le coût et le marché, mais ils ont un bel avenir. Dans la vague de la transformation mondiale de l'énergie et des progrès technologiques, les batteries entièrement solides devraient devenir la force centrale pour favoriser la transformation du stockage d'énergie et inaugurer une nouvelle ère de stockage d'énergie.