La competizione tra il percorso delle batterie semisolide e quelle completamente solide è essenzialmente una scelta di priorità industriali: le batterie semisolide, con la loro praticità, riducono il rischio di cambiamento e sono adatte all’attuale mercato cinese. Le batterie interamente allo stato solido ancorano il futuro con prestazioni, allineandosi con le strategie di innovazione tecnologica dei produttori di batterie giapponesi e sudcoreani
La commercializzazione su larga scala di batterie allo stato solido in Cina deve ancora affrontare colli di bottiglia tecnici come l’elevata impedenza di interfaccia e i costi elevati. Richiede una doppia trazione di “rivoluzioni tecnologiche + forza dell’ecosistema industriale” per trasformare i vantaggi del laboratorio in potere di discorso di mercato
Di Qu Haoyuan
Le batterie allo stato solido, in quanto direzione tecnologica di base delle batterie al litio di prossima generazione, rispetto alle batterie al litio liquido, possono offrire una maggiore densità di energia, migliorare significativamente la resistenza, migliorare notevolmente la sicurezza, prevenire perdite di elettrolita liquido e ridurre il rischio di fuga termica. Allo stesso tempo, hanno un intervallo di temperature operative più ampio e un'adattabilità più eccezionale in ambienti estremi. Ha ampie prospettive di applicazione in campi quali i veicoli a nuova energia, l’economia a bassa quota e l’elettronica di consumo.
Al momento, l’applicazione su larga scala delle batterie allo stato solido deve ancora risolvere diversi problemi, tra cui principalmente i colli di bottiglia nella tecnologia dei materiali, i colli di bottiglia nella produzione di massa e i costi elevati.
La svolta nell’industrializzazione delle batterie a stato solido richiede una collaborazione multidimensionale. In primo luogo, è necessario migliorare il sostegno e l’orientamento politico, guidando l’industrializzazione delle batterie allo stato solido attraverso la formulazione di standard di settore, sussidi finanziari e sostegno alla ricerca e allo sviluppo. In secondo luogo, i produttori di batterie e materiali dovrebbero accelerare l’innovazione dei materiali e dei processi. Da un lato, il lato materiale deve superare i colli di bottiglia tecnici attraverso l’innovazione del sistema materiale e l’ottimizzazione dell’interfaccia. D’altro canto, il processo di produzione e le attrezzature devono essere innovati e aggiornati e, allo stesso tempo, il processo di produzione deve essere ottimizzato per migliorare la resa e l’efficienza produttiva. In terzo luogo, espandere gli scenari applicativi per promuovere la riduzione dei costi e l’implementazione su larga scala. Accelerare l’espansione anticipata di scenari applicativi come robot ed eVTOL, promuovere la riduzione dei costi su larga scala delle batterie allo stato solido e quindi accelerare l’applicazione commerciale nel campo dei veicoli a nuova energia.
Sia le linee semisolide che quelle completamente solide corrono in parallelo
In termini di percorsi tecnici, i principali materiali elettrolitici solidi comprendono quattro categorie principali: solfuri, alogenuri, ossidi ed elettroliti polimerici. Diversi elettroliti solidi presentano vantaggi e svantaggi e l’industria sta ancora esplorando il percorso tecnico più adatto per la produzione di massa di batterie a stato solido.
Nello specifico, i polimeri hanno una buona bagnabilità e prestazioni di lavorazione, ma scarsa resistenza all’ossidazione, bassa conduttività elettrica e scarsa sicurezza intrinseca. Possono essere complessati con sali di litio per migliorare la conduttività elettrica o utilizzati come struttura o strato di transizione dell'interfaccia solido-solido di elettroliti solidi inorganici granulari. Gli ossidi hanno una buona sicurezza intrinseca, una stabilità chimica relativamente buona e costi di produzione relativamente bassi, ma hanno scarse prestazioni di lavorazione, bassa conduttività elettrica e una finestra elettrochimica ristretta. Nelle applicazioni pratiche, possono essere utilizzati come strato elettrolitico centrale delle batterie semisolide. I solfuri hanno un'elevata conduttività elettrica a temperatura ambiente e buone prestazioni di lavorazione meccanica, ma hanno scarsa stabilità chimica e costi di produzione elevati. Attualmente vengono utilizzati principalmente come strati elettrolitici centrali nello sviluppo di soluzioni di batterie interamente allo stato solido. Anche la conduttività ionica degli alogenuri può soddisfare i requisiti applicativi e hanno costi relativamente bassi, buona flessibilità e un'ampia finestra elettrochimica. Attualmente vengono utilizzati principalmente come materiali di rivestimento catodico per batterie a stato solido.
Dal punto di vista attuale della selezione del percorso tecnico, il percorso di layout principale per le batterie interamente allo stato solido è costituito da elettroliti compositi a solfuri e alogenuri, che hanno una conduttività ionica relativamente elevata e altre proprietà. Tuttavia, problemi quali la scarsa stabilità chimica e i costi elevati rendono piuttosto difficile la loro applicazione su larga scala. Le batterie semisolide utilizzano principalmente elettroliti compositi a base di ossido e polimero, che hanno un costo relativamente basso e sono facili da industrializzare, ma hanno un limite superiore di prestazioni inferiore.
Inoltre, in termini di forme di batterie, attualmente funzionano in parallelo le batterie semisolide e le batterie completamente solide. Alcuni punti di vista ritengono che le batterie semisolide siano prodotti transitori. Alcuni punti di vista sostengono che le batterie semi-solide non siano un percorso transitorio ma indipendente, poiché il loro obiettivo di progettazione non è quello di servire batterie completamente solide ma di soddisfare direttamente le richieste dei clienti di energia a valle e di stoccaggio dell’energia.
La competizione tra il percorso delle batterie semisolide e quelle completamente solide è essenzialmente una scelta di priorità industriali: le batterie semisolide, con la loro praticità, riducono il rischio di cambiamento e sono adatte all’attuale mercato cinese. La tecnologia interamente allo stato solido fissa il futuro con il suo limite prestazionale, allineandosi con le strategie di innovazione tecnologica di alcuni produttori di batterie.
Per le imprese legate alla catena industriale, è necessario bilanciare gli investimenti in risorse tra la commercializzazione di batterie semisolide a breve termine e l’obiettivo finale di batterie interamente allo stato solido a lungo termine. Considerando le batterie semisolide come avanguardia, dovrebbero anche creare riserve strategiche per le batterie interamente allo stato solido per raggiungere pienamente i progressi tecnologici e la produzione di massa.
Ci sono ancora difficoltà nell’industrializzazione
Le principali sfide affrontate dall’industrializzazione su larga scala delle batterie allo stato solido risiedono in fattori quali prestazioni dei materiali e problemi di contatto con l’interfaccia, processi di produzione complessi e una catena industriale incompleta, che comportano costi elevati.
Dal punto di vista dei materiali, le batterie completamente allo stato solido devono ancora affrontare molte sfide in termini di tecnologia dei materiali come elettroliti, catodi e anodi, nonché nel contatto di interfaccia solido-solido.
In termini di elettroliti, gli elettroliti solforati rappresentano la via principale della tecnologia elettrolitica per le batterie interamente allo stato solido. Ciò è dovuto alla loro elevata conduttività ionica a temperatura ambiente, vicina a quella degli elettroliti liquidi, e alle loro eccellenti prestazioni di lavorazione meccanica. Tuttavia, la sua scarsa stabilità chimica e il costo elevato ne rendono piuttosto difficile l’applicazione su larga scala.
Prendendo come esempio il sistema elettrolitico in polvere grezzo di LiPSCl, le sue principali materie prime includono solfuro di litio, pentasolfuro di fosforo e cloruro di litio. Tra questi, la percentuale in massa di solfuro di litio nelle materie prime è superiore al 30% e la sua percentuale nella struttura dei costi arriva fino all'82%. L'attuale costo di produzione del solfuro di litio è relativamente elevato, con un prezzo di mercato che varia da 2 a 3 milioni di yuan per tonnellata. Ciò è dovuto principalmente alle proprietà chimiche instabili del solfuro di litio, che reagisce facilmente con l'acqua e l'ossigeno nell'aria. Li2S subisce idrolisi per formare LiHS e LiOH e un'ulteriore idrolisi genera il gas tossico H2S, ponendo un significativo rischio per la sicurezza della produzione. Per quanto riguarda l'ambiente di produzione e le condizioni di stoccaggio e trasporto