全固体電池：次世代電池ルート

全固体電池：次世代電池ルート

「TheKoreaTimes」などのメディア報道によると、14月XNUMX日、サムスンは現代と協力して電気自動車を開発し、現代の電気自動車にパワーバッテリーやその他のコネクテッドカー部品を提供する予定です。 メディアは、サムスンとヒュンダイがバッテリー供給に関する拘束力のない覚書にまもなく署名すると予測している。 サムスンが最新の全固体電池を現代に導入したと報じられている。

サムスンによると、プロトタイプのバッテリーが完全に充電されると、電気自動車は一度に800キロメートル以上走行でき、バッテリーのサイクル寿命は1,000倍以上になります。 その体積は、同じ容量のリチウムイオン電池よりも50％小さくなっています。 このため、今後XNUMX年間で、電気自動車に最適なパワーバッテリーは全固体電池と考えられています。

2020年XNUMX月初旬、サムスン高等研究所（SAIT）とサムスン日本研究センター（SRJ）は、「ネイチャーエナジー」誌に「銀を利用した高エネルギーロングサイクリング全固体リチウム金属電池」を発表しました。 -カーボンコンポジットアノード」は、全固体電池の分野で最新の開発を紹介しました。

このバッテリーは、高温で可燃性ではなく、パンク短絡を回避するためにリチウムデンドライトの成長を抑制することができる固体電解質を使用しています。 さらに、アノードとして銀-炭素（Ag-C）複合層を使用しているため、エネルギー密度を900Wh / Lに上げることができ、1000サイクルを超える長いサイクル寿命と、非常に高いクーロン効率（電荷）を備えています。および放電効率）99.8％。 800回の支払いでバッテリーを駆動できます。 車はXNUMXキロ走行しました。

ただし、論文を発表したSAITとSRJは、技術に焦点を当てたSamsung SDIではなく、科学研究機関です。 この記事では、新しいバッテリーの原理、構造、およびパフォーマンスについてのみ説明しています。 バッテリーはまだ実験段階であり、短期間での大量生産は困難であると予備的に判断されています。

全固体電池と従来の液体リチウムイオン電池の違いは、電解質とセパレーターの代わりに固体電解質が使用されていることです。 リチウムが挿入されたグラファイトアノードを使用する必要はありません。 代わりに、金属リチウムがアノードとして使用され、アノード材料の数を減らします。 より高いボディエネルギー密度（> 350Wh / kg）とより長い寿命（> 5000サイクル）、および特別な機能（柔軟性など）およびその他の要件を備えたパワーバッテリー。

新しいシステムバッテリーには、全固体電池、リチウムフロー電池、および金属空気電池が含まれます。 XNUMXつの全固体電池には利点があります。 ポリマー電解質は有機電解質であり、酸化物と硫化物は無機セラミック電解質です。

世界の全固体電池会社を見ると、新興企業があり、国際的なメーカーもあります。 電解質システムには、さまざまな信念を持つ企業だけが存在し、テクノロジーの流れや統合の傾向はありません。 現在、いくつかの技術ルートは工業化の条件に近く、全固体電池の自動化への道が進んでいます。

ヨーロッパとアメリカの企業は、ポリマーと酸化物のシステムを好みます。 フランスの会社ボロレは、ポリマーベースの全固体電池の商品化を主導しました。 2011年30月、XNUMXkwhの固体ポリマー電池と電気二重層コンデンサーを搭載した電気自動車が、世界で初めて共有車市場に参入しました。 EV用の商用全固体電池。

薄膜酸化物全固体電池メーカーのSakti3は、2015年に英国の家電大手ダイソンに買収されました。薄膜の準備にかかる費用と大量生産の難しさの影響を受け、大量生産はありませんでした。長い間生産された製品。

マクスウェルの全固体電池の計画は、最初に小型電池市場に参入し、2020年に大量生産し、2022年にエネルギー貯蔵の分野で使用することです。短期的には全固体電池。 それでも、半固体電池はより高価であり、主に特定の需要分野で使用されるため、大規模なアプリケーションは困難です。

非薄膜酸化物製品は全体的な性能に優れており、現在開発で人気があります。 台湾慧能と江蘇青島はどちらもこのトラックで有名な選手です。

日本と韓国の企業は、硫化物システムの工業化問題の解決にもっと取り組んでいます。 トヨタやサムスンなどの代表企業が展開を加速させています。 硫化物全固体電池（リチウム硫黄電池）は、エネルギー密度が高く、コストが低いため、開発の可能性が非常に高くなっています。 その中で、トヨタの技術は最も進んでいます。 アンペアレベルのデモバッテリーと電気化学的性能をリリースしました。 同時に、彼らはまた、より大きなバッテリーパックを準備するための電解質として、より高い室温伝導率を備えたLGPSを使用しました。

日本は全国的な研究開発プログラムを開始しました。 最も有望な提携はトヨタとパナソニックです（トヨタには全固体電池の開発に携わる約300人のエンジニアがいます）。 XNUMX年以内に全固体電池を商品化するとしている。

トヨタとNEDOが開発した全固体電池の商品化計画は、既存のLIBの明るい有害物質を使用した全固体電池（第2022世代電池）の開発から始まります。 その後、新しいプラスとマイナスの材料を使用してエネルギー密度を高めます（次世代バッテリー）。 トヨタは2025年に全固体電気自動車のプロトタイプを生産する予定であり、2030年には一部のモデルで全固体電池を使用する予定です。500年には、エネルギー密度がXNUMXWh / kgに達し、大量生産アプリケーションを実現できます。

特許の観点から見ると、固体リチウム電池の特許出願人上位20社のうち、日本企業が11社を占めています。トヨタが最も多く出願し、1,709番目のパナソニックの2.2倍の10に達しました。 上位8社は、日本で2社、韓国でXNUMX社を含む、すべて日本と韓国です。

特許権者のグローバルな特許レイアウトの観点から、日本、米国、中国、韓国、およびヨーロッパが主要な国または地域です。 現地出願に加えて、トヨタは米国と中国で最も多くの出願を行っており、特許出願全体のそれぞれ14.7％と12.9％を占めています。

私の国での全固体電池の工業化も絶えず探求されています。 中国の技術ルート計画によると、2020年には、固体電解質、高比エネルギーカソード材料合成、および三次元フレームワーク構造リチウム合金建設技術を徐々に実現します。 300Wh / kgの小容量単電池サンプル製造を認識します。 2025年には、全固体電池のインターフェース制御技術により、400Wh / kgの大容量シングルバッテリーサンプルおよびグループ技術が実現されます。 2030年には全固体電池とリチウム硫黄電池の量産・普及が見込まれます。

CATLのIPO資金調達プロジェクトの次世代バッテリーには、全固体バッテリーが含まれます。 NE Timesのレポートによると、CATLは少なくとも2025年までに全固体電池の大量生産を達成することを期待しています。

全体として、ポリマーシステム技術は最も成熟しており、最初のEVレベルの製品が誕生しました。 その概念的で前向きな性質は、後発者による研究開発への投資の加速を引き起こしましたが、性能の上限は成長を制限し、無機固体電解質との配合は将来可能な解決策になるでしょう。 酸化; 材料システムでは、薄膜タイプの開発は容量の拡大と大規模生産に重点を置いており、現在の研究開発の焦点である非フィルムタイプの全体的なパフォーマンスが向上しています。 硫化物システムは、電気自動車の分野で最も有望な全固体電池システムですが、成長の余地が大きく、技術が未成熟な二極化した状況では、セキュリティの問題とインターフェースの問題を解決することが将来の焦点です。

全固体電池が直面する課題には、主に次のものがあります。

• コストの削減。
• 固体電解質の安全性を向上させます。
• 充電および放電中に電極と電解質の間の接触を維持します。

リチウム硫黄電池、リチウム空気、およびその他のシステムは、電池構造フレーム全体を交換する必要があり、ますます重大な問題があります。 全固体電池の正極と負極は現在のシステムを使い続けることができ、実現の難しさは比較的小さいです。 次世代電池技術として、全固体電池はより高い安全性とエネルギー密度を持ち、リチウム後の時代の唯一の方法になるでしょう。