การแข่งขันระหว่างเส้นทางแบตเตอรี่แบบกึ่งแข็งและแบบทึบล้วนเป็นทางเลือกที่สำคัญของอุตสาหกรรม: แบตเตอรี่แบบกึ่งแข็งซึ่งใช้งานได้จริงจะช่วยลดความเสี่ยงในการเปลี่ยนแปลงและเหมาะสมกับตลาดจีนในปัจจุบัน แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดยึดถืออนาคตด้วยประสิทธิภาพ ซึ่งสอดคล้องกับกลยุทธ์การพัฒนาทางเทคโนโลยีของผู้ผลิตแบตเตอรี่ในญี่ปุ่นและเกาหลีใต้
การค้าแบตเตอรี่โซลิดสเตตเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ในจีนยังคงเผชิญกับปัญหาคอขวดทางเทคนิค เช่น ความต้านทานอินเทอร์เฟซสูงและต้นทุนที่สูง ต้องใช้ระบบขับเคลื่อนสองล้อของ "ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี + ความแข็งแกร่งของระบบนิเวศอุตสาหกรรม" เพื่อเปลี่ยนความได้เปรียบของห้องปฏิบัติการให้กลายเป็นพลังวาทกรรมในตลาด
โดย ฉู่หาวหยวน
แบตเตอรี่โซลิดสเตตซึ่งเป็นทิศทางเทคโนโลยีหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมเจเนอเรชั่นถัดไปเมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมเหลว สามารถให้ความหนาแน่นของพลังงานที่มากกว่า ช่วยเพิ่มความทนทานได้อย่างมาก ปรับปรุงความปลอดภัยโดยเฉพาะ ป้องกันการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ของเหลว และลดความเสี่ยงของความร้อนหนี ในขณะเดียวกันก็มีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้างขึ้นและความสามารถในการปรับตัวที่โดดเด่นยิ่งขึ้นในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง โดยมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในด้านต่างๆ เช่น ยานพาหนะพลังงานใหม่ ระบบเศรษฐกิจในพื้นที่ต่ำ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค
ในปัจจุบัน การใช้งานแบตเตอรี่โซลิดสเตตในวงกว้างยังคงต้องแก้ไขปัญหาหลายประการ โดยส่วนใหญ่รวมถึงปัญหาคอขวดของเทคโนโลยีวัสดุ ปัญหาคอขวดในการผลิตจำนวนมากทางวิศวกรรม และต้นทุนที่สูง
ความก้าวหน้าทางอุตสาหกรรมของแบตเตอรี่โซลิดสเตตต้องอาศัยความร่วมมือหลายมิติ ประการแรก มีความจำเป็นต้องปรับปรุงการสนับสนุนและคำแนะนำด้านนโยบาย ขับเคลื่อนการพัฒนาอุตสาหกรรมแบตเตอรี่โซลิดสเตตผ่านการกำหนดมาตรฐานอุตสาหกรรม เงินอุดหนุนทางการเงิน และการสนับสนุนการวิจัยและพัฒนา ประการที่สอง ผู้ผลิตแบตเตอรี่และวัสดุควรเร่งสร้างนวัตกรรมด้านวัสดุและกระบวนการ ในด้านหนึ่ง ฝ่ายวัสดุจำเป็นต้องฝ่าฟันปัญหาคอขวดทางเทคนิคด้วยนวัตกรรมระบบวัสดุและการเพิ่มประสิทธิภาพส่วนต่อประสาน ในทางกลับกัน กระบวนการผลิตและอุปกรณ์ปลายทางจำเป็นต้องได้รับการสร้างสรรค์และอัปเกรด และในขณะเดียวกัน กระบวนการผลิตก็จำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อปรับปรุงผลผลิตและประสิทธิภาพการผลิต ประการที่สาม ขยายสถานการณ์การใช้งานเพื่อส่งเสริมการลดต้นทุนและการใช้งานในวงกว้าง เร่งการขยายสถานการณ์การใช้งานในระยะเริ่มต้น เช่น หุ่นยนต์และ eVTOL ส่งเสริมการลดต้นทุนขนาดใหญ่ของแบตเตอรี่โซลิดสเตต จากนั้นเร่งการใช้งานเชิงพาณิชย์ในด้านยานพาหนะพลังงานใหม่
เส้นกึ่งทึบและเส้นตันทั้งหมดวิ่งขนานกัน
ในแง่ของเส้นทางทางเทคนิค วัสดุอิเล็กโทรไลต์ของแข็งกระแสหลักประกอบด้วยสี่ประเภทหลัก: ซัลไฟด์ เฮไลด์ ออกไซด์ และอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์ อิเล็กโทรไลต์แข็งชนิดต่างๆ มีข้อดีและข้อเสียในตัวเอง และอุตสาหกรรมยังคงสำรวจเส้นทางทางเทคนิคที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตในปริมาณมาก
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โพลีเมอร์มีความสามารถในการเปียกน้ำและประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดี แต่มีความต้านทานต่อออกซิเดชันต่ำ ค่าการนำไฟฟ้าต่ำ และความปลอดภัยภายในต่ำ พวกมันสามารถนำมาเชิงซ้อนด้วยเกลือลิเธียมเพื่อปรับปรุงการนำไฟฟ้า หรือใช้เป็นเฟรมเวิร์กหรือชั้นการเปลี่ยนผ่านส่วนต่อประสานระหว่างของแข็ง-ของแข็งของอิเล็กโทรไลต์ของแข็งอนินทรีย์ที่เป็นเม็ด ออกไซด์มีความปลอดภัยภายในที่ดี มีความเสถียรทางเคมีค่อนข้างดี และมีต้นทุนการผลิตค่อนข้างต่ำ แต่มีประสิทธิภาพในการประมวลผลต่ำ มีการนำไฟฟ้าต่ำ และหน้าต่างเคมีไฟฟ้าที่แคบ ในการใช้งานจริง สามารถใช้เป็นชั้นอิเล็กโทรไลต์หลักของแบตเตอรี่กึ่งแข็งได้ ซัลไฟด์มีค่าการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้องสูงและประสิทธิภาพการประมวลผลเชิงกลที่ดี แต่มีความคงตัวทางเคมีต่ำและมีต้นทุนการผลิตสูง ปัจจุบันส่วนใหญ่จะใช้เป็นชั้นอิเล็กโทรไลต์หลักในการพัฒนาโซลูชันแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมด ค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกของเฮไลด์ยังสามารถตอบสนองข้อกำหนดในการใช้งานได้ โดยมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ มีความยืดหยุ่นดี และมีหน้าต่างเคมีไฟฟ้าที่กว้าง ปัจจุบันส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัสดุเคลือบแคโทดสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตต
จากมุมมองปัจจุบันของการเลือกเส้นทางทางเทคนิค เส้นทางเค้าโครงหลักสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดคืออิเล็กโทรไลต์คอมโพสิตซัลไฟด์และเฮไลด์ ซึ่งมีการนำไอออนิกค่อนข้างสูงและคุณสมบัติอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ปัญหาต่างๆ เช่น ความคงตัวทางเคมีต่ำและต้นทุนสูง ทำให้การใช้งานขนาดใหญ่ค่อนข้างยาก แบตเตอรี่กึ่งแข็งส่วนใหญ่ใช้อิเล็กโทรไลต์คอมโพสิตออกไซด์และโพลีเมอร์ ซึ่งมีต้นทุนค่อนข้างต่ำและง่ายต่อการนำไปใช้ในอุตสาหกรรม แต่มีขีด จำกัด บนของประสิทธิภาพที่ต่ำกว่า
นอกจากนี้ ในแง่ของรูปแบบแบตเตอรี่ แบตเตอรี่กึ่งแข็งและแบตเตอรี่แข็งทั้งหมดกำลังทำงานแบบคู่ขนานกัน มุมมองบางส่วนถือว่าแบตเตอรี่กึ่งแข็งเป็นผลิตภัณฑ์เฉพาะกาล มุมมองบางประการถือว่าแบตเตอรี่กึ่งแข็งไม่ใช่เส้นทางเปลี่ยนผ่าน แต่เป็นเส้นทางอิสระ เนื่องจากเป้าหมายการออกแบบไม่ใช่เพื่อรองรับแบตเตอรี่ที่เป็นของแข็งทั้งหมด แต่เพื่อตอบสนองความต้องการโดยตรงของลูกค้าด้านพลังงานขั้นปลายและการจัดเก็บพลังงาน
การแข่งขันระหว่างเส้นทางแบตเตอรี่แบบกึ่งแข็งและแบบทึบล้วนเป็นทางเลือกที่สำคัญของอุตสาหกรรม: แบตเตอรี่แบบกึ่งแข็งซึ่งใช้งานได้จริงจะช่วยลดความเสี่ยงในการเปลี่ยนแปลงและเหมาะสมกับตลาดจีนในปัจจุบัน เทคโนโลยีโซลิดสเตตทั้งหมดยึดเหนี่ยวอนาคตด้วยประสิทธิภาพสูงสุด ซึ่งสอดคล้องกับกลยุทธ์การพัฒนาทางเทคโนโลยีของผู้ผลิตแบตเตอรี่บางราย
สำหรับองค์กรที่เกี่ยวข้องกับห่วงโซ่อุตสาหกรรม จำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างการลงทุนด้านทรัพยากรระหว่างการผลิตแบตเตอรี่กึ่งแข็งเชิงพาณิชย์ในระยะสั้นกับเป้าหมายสูงสุดของแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดในระยะยาว ด้วยการนำแบตเตอรี่กึ่งแข็งมาเป็นแนวหน้า พวกเขาควรสำรองเชิงกลยุทธ์สำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดเพื่อให้บรรลุความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการผลิตจำนวนมากอย่างเต็มที่
ยังคงมีปัญหาในด้านอุตสาหกรรม
ความท้าทายหลักที่อุตสาหกรรมแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดต้องเผชิญในวงกว้างอยู่ที่ปัจจัยต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพของวัสดุและปัญหาหน้าสัมผัสของอินเทอร์เฟซ กระบวนการผลิตที่ซับซ้อน และห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่ไม่สมบูรณ์ ซึ่งนำไปสู่ต้นทุนสูง
จากมุมมองของวัสดุ แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดยังคงเผชิญกับความท้าทายมากมายในแง่ของเทคโนโลยีวัสดุ เช่น อิเล็กโทรไลต์ แคโทด และแอโนด รวมถึงหน้าสัมผัสอินเทอร์เฟซแบบโซลิด-โซลิด
ในแง่ของอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์เป็นเส้นทางเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลต์กระแสหลักสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมด นี่เป็นเพราะค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกที่อุณหภูมิห้องสูง ซึ่งใกล้เคียงกับค่าอิเล็กโทรไลต์ของเหลว และประสิทธิภาพการประมวลผลเชิงกลที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ความคงตัวทางเคมีต่ำและต้นทุนสูงทำให้การใช้งานขนาดใหญ่ค่อนข้างยาก
จากตัวอย่างระบบอิเล็กโทรไลต์ผงดิบของ LiPSCl วัตถุดิบหลัก ได้แก่ ลิเธียมซัลไฟด์ ฟอสฟอรัสเพนตะซัลไฟด์ และลิเธียมคลอไรด์ ในหมู่พวกเขาสัดส่วนมวลของลิเธียมซัลไฟด์ในวัตถุดิบมากกว่า 30% และสัดส่วนในโครงสร้างต้นทุนสูงถึง 82% ต้นทุนการผลิตลิเธียมซัลไฟด์ในปัจจุบันค่อนข้างสูงโดยมีราคาตลาดอยู่ระหว่าง 2 ถึง 3 ล้านหยวนต่อตัน สาเหตุหลักมาจากคุณสมบัติทางเคมีที่ไม่เสถียรของลิเธียมซัลไฟด์ ซึ่งทำปฏิกิริยากับน้ำและออกซิเจนในอากาศได้ง่าย Li2S ผ่านการไฮโดรไลซิสเพื่อสร้าง LiHS และ LiOH และการไฮโดรไลซิสเพิ่มเติมจะทำให้เกิดก๊าซพิษ H2S ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยในการผลิตที่สำคัญ เกี่ยวกับสภาพแวดล้อมการผลิตและสภาพการจัดเก็บและการขนส่ง