Toyota-batterie à l'état solide-nouvelles percées et développement-histoire

Batterie à semi-conducteurs Toyota - nouvelles percées et historique du développement

En termes de production de masse, de coût et de fabrication, les piles à l'état solide ont toujours été confrontées à de nombreux défis. Celui qui surmontera les problèmes de coûts et de production de masse sera le premier à s'emparer du marché. Selon le Financial Times, la nouvelle Batterie à semi-conducteurs Toyota sera produite en masse en 2027. Avec la production en masse de la batterie à l'état solide de Toyota, l'ensemble de l'industrie des véhicules électriques pourrait entrer dans un nouveau cycle d'innovation.
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Nouvelles percées de la batterie à l'état solide de Toyota

Selon un rapport du Financial Associated Press, Toyota a déclaré le 4 juillet 2023 qu'elle avait réalisé une percée majeure dans le domaine de l'énergie. batterie à l'état solide Le poids, le volume et le coût de la batterie à semi-conducteurs de Toyota seront réduits de moitié. Le poids, le volume et le coût de la batterie à l'état solide de Toyota seront divisés par deux, et l'autonomie de la batterie pourra atteindre 1 200 kilomètres après une charge de 10 minutes ou moins. Le processus de production de la batterie a été considérablement simplifié, ce qui réduit le coût de la technologie de la prochaine génération.

Toyota, le deuxième constructeur automobile mondial, poursuit déjà un plan visant à lancer des véhicules électriques équipés de batteries à l'état solide Toyota d'ici à 2025.

Nouvelles percées de Toyota - batterie à l'état solide

Kaida Keiji, président du centre de recherche et de développement "Carbon Neutral" de Toyota, a déclaré : "Qu'il s'agisse d'une batterie liquide ou d'une batterie à l'état solide, notre objectif est de changer complètement la situation actuelle où les batteries sont trop grandes, trop lourdes et trop chères. En termes de potentiel, nous nous efforcerons de réduire ces facteurs de moitié."

Kaida note que l'entreprise a développé des moyens d'améliorer la durabilité des batteries et pense qu'elle peut maintenant créer des batteries à l'état solide avec une autonomie de 1 200 kilomètres et un temps de charge de 10 minutes ou moins. David Bailey, professeur d'économie d'entreprise à l'université de Birmingham, estime que si les affirmations de Toyota sont vraies, il pourrait s'agir d'un moment décisif pour l'avenir des véhicules électriques.

Historique du développement de la batterie à l'état solide Toyota

Toyota est reconnu dans l'industrie comme l'un des fabricants les plus puissants dans le domaine des batteries à l'état solide. Toyota a toujours suivi la voie du sulfure dans le domaine des batteries à l'état solide et possède déjà plus de 1 000 brevets. Dès le mois d'août 2020, les véhicules électriques Toyota équipés de batteries à l'état solide auront obtenu leur licence et commencé les essais de conduite.

Malgré sa grande force technique, la recherche de Toyota dans le domaine de la batterie à l'état solide n'a pas été facile, et le délai de production en série de la batterie à l'état solide de Toyota a été retardé à plusieurs reprises. Aujourd'hui, la batterie à l'état solide de Toyota a fixé le délai de production de masse à 2027-2028. On peut constater que la recherche et le développement ainsi que la production de masse des batteries à l'état solide sont difficiles, et que la persistance et l'insistance de Toyota sur les batteries à l'état solide sont également visibles.

D'ici à 2025, la batterie à l'état solide de Toyota sera produite en masse à petite échelle et sera utilisée pour la première fois sur les modèles hybrides. D'ici 2030, la batterie à l'état solide de Toyota devrait atteindre une production continue et stable.

"Au cours du processus de développement, nous avons appris que les ions de la batterie à semi-conducteurs se déplacent à grande vitesse dans la batterie pour atteindre une puissance élevée, et nous espérons que cette caractéristique pourra être utilisée dans les véhicules hybrides pour tirer parti des avantages des batteries à semi-conducteurs", explique Toyota.

Historique du développement de la batterie à l'état solide de Toyota

En 2021, Toyota Motor a annoncé que d'ici 2030, elle devrait investir 1,5 trillion de yens dans le développement de batteries d'énergie et de sa chaîne d'approvisionnement en batteries, afin de prendre la tête des technologies automobiles clés au cours de la prochaine décennie et de maintenir une compétitivité durable en matière de prix des véhicules électriques et hybrides.

Le ministère japonais de l'économie, du commerce et de l'industrie a annoncé le 16 juin 2023 qu'il subventionnerait l'investissement prévu par Toyota dans les batteries.

L'une des subventions est la batterie au phosphate de fer-lithium (LFP), même si elle développera aussi vigoureusement la batterie à l'état solide, qui est considérée comme un candidat solide pour la prochaine génération de batteries, mais Toyota estime que la batterie au phosphate de fer-lithium, qui peut être produite à faible coût, est la clé de la stratégie électrique, et prévoit donc d'en accélérer le développement.

Le montant total des subventions accordées à Toyota pour ses activités liées aux véhicules électriques devrait atteindre environ 330 milliards de yens, dont 117,8 milliards de yens proviendront des subventions du ministère japonais de l'économie, du commerce et de l'industrie.

Toyota augmentera sa capacité de production annuelle de 25 kWh en renforçant les lignes de production de batteries pour véhicules électriques, notamment l'usine de Himeji de Prime Planet Energy&Solutions (PPES), une entreprise de batteries financée conjointement avec Panasonic Holdings.

Avantages de la batterie à l'état solide

Avantages de la batterie à semi-conducteurs

Les anode de batterie lithium-ionLa cathode et l'électrolyte (électrolyte et diaphragme) sont les trois composants importants des batteries lithium-ion liquides. Les batteries à l'état solide, comme leur nom l'indique, remplacent l'électrolyte liquide par un solide. Les matériaux pour batteries Les matériaux les plus couramment utilisés sont les sulfures, les polymères et les oxydes, et l'anode de la batterie peut également être remplacée par du lithium métal.

Le plus grand avantage de cette conception est qu'elle permet d'augmenter la densité énergétique de la batterie. La densité des solides étant beaucoup plus élevée que celle des liquides, la densité énergétique des batteries à l'état solide est au moins deux fois supérieure à celle des batteries lithium-ion liquides. Par exemple, la densité énergétique de la batterie CATL Kirin est de 255 Wh/kg, et la batterie à l'état solide peut facilement atteindre 500 Wh/kg.

En même temps, comme le métal lithium de la batterie à semi-conducteurs peut être directement utilisé comme anode, il est non seulement meilleur que l'électrode négative traditionnelle en graphite, mais il n'a pas non plus besoin d'être utilisé comme anode. séparateur de piles au lithium et d'autres structures, c'est-à-dire qu'elle peut rendre la batterie plus légère et plus fine.

En outre, la stabilité des piles à l'état solide est beaucoup plus élevée que celle des piles au lithium liquide. Il est facile pour les piles au lithium liquide de faire apparaître des dendrites de lithium à l'intérieur après une longue période d'utilisation. C'est comme une aiguille qui sort lentement de la cathode et devient de plus en plus longue au fil du temps.

Lorsqu'il est suffisamment long pour percer le séparateur, la batterie se court-circuite. Une fois que la batterie est endommagée par des forces extérieures, il est facile de perdre le contrôle de la température sous l'influence d'un court-circuit et d'une température élevée, ce qui peut entraîner de la fumée, un incendie ou même une explosion de la batterie.

Les électrolytes des piles à l'état solide sont des polymères, des oxydes, des sulfures, résistants aux températures élevées, à la corrosion, peu volatiles, et ne présentant pratiquement aucun risque de combustion spontanée. Même si la force extérieure pénètre et perfore réellement, il est fort probable qu'une combustion spontanée rapide et une explosion ne se produiront pas, ce qui signifie que la batterie à l'état solide présente plus d'avantages en matière de sécurité des batteries à ions liquides.

Difficultés liées à la production de masse de batteries à l'état solide

Difficultés liées à la production de masse de batteries à l'état solide

Selon le rapport de recherche de Huatai Securities, on estime que le marché mondial des batteries solides dépassera les 300 milliards de RMB en 2030. Face à un marché aussi gigantesque, tous les pays planifient activement de saisir l'opportunité.

Il y a trente ans, le laboratoire national Oak Ridge, aux États-Unis, a affirmé avoir créé une batterie à l'état solide, mais il n'a malheureusement pas été en mesure d'en assurer la production de masse jusqu'à présent. Au cours des deux dernières années, avec la popularité des véhicules à énergie nouvelle dans le monde, les entreprises ont signalé à plusieurs reprises les progrès de la production de masse des batteries à électrolyte solide. Derrière le marché florissant des batteries à l'état solide, il existe encore de nombreuses lacunes que l'on ne peut ignorer.

La production de masse de batteries à l'état solide est confrontée à de nombreux défis tels que les problèmes de matériaux, d'interface et d'ingénierie. Il s'agit également d'un obstacle difficile à surmonter pour les fabricants de batteries, car le coût actuel des batteries semi-solides est beaucoup plus élevé que celui des batteries liquides commerciales.

D'après les recherches et les calculs de l'industrie, si l'on prend l'exemple des batteries liquides NCM811 et des batteries semi-solides NCM811, le coût des batteries semi-solides est supérieur d'environ 80% à celui des batteries liquides. Le coût de l'électrolyte solide est le principal nouveau coût et le principal coût des batteries semi-solides, représentant environ 50%.

En raison de facteurs tels que les changements dans les matériaux électrolytiques, les changements dans les processus de production et les longs cycles de vérification technique dus à une expérience insuffisante en matière de contrôle de la qualité des produits, les piles à l'état solide coûteront plus cher que les piles à l'état semi-solide.

Pour déterminer si une batterie peut être produite en masse, il existe principalement cinq indicateurs, à savoir la densité énergétique, le taux de charge et de décharge, le coût, la sécurité et la durée de vie. Les résultats de la recherche en laboratoire sur les piles électriques permettent généralement de réaliser une percée majeure dans un ou plusieurs indicateurs à un certain stade, et la production de masse n'est possible que si les exigences des cinq indicateurs sont satisfaites en même temps.

Par conséquent, la percée technologique de la batterie à l'état solide de Toyota est d'une grande importance pour l'industrie des véhicules électriques.

Nouveaux progrès dans la technologie mondiale des piles à l'état solide

Nouveaux progrès dans la technologie des piles à l'état solide

Bien que la technologie des batteries à l'état solide soit encore confrontée à de nombreux défis, elle reste l'objectif poursuivi par l'Union européenne. l'industrie des piles au lithium. Il est entendu que ce sont les entreprises japonaises qui ont le plus investi dans les batteries à l'état solide au niveau mondial, notamment Toyota, qui détient le plus grand nombre de brevets pour la technologie des batteries à l'état solide.

La bonne nouvelle est que, selon les rapports, le professeur Ma Cheng de l'université des sciences et technologies de Chine a développé un nouveau type d'électrolyte à l'état solide. Ses performances globales sont similaires à celles des électrolytes solides de sulfure et de chlorure les plus avancés, mais son coût est inférieur à 4% de ces derniers. Il convient aux applications industrielles.

Tout en présentant un avantage considérable en termes de coût, les performances globales de l'oxychlorure de lithium et de zirconium sont comparables à celles des électrolytes solides à base de sulfure et de chlorure les plus avancés.

Les expériences ont prouvé que la batterie au lithium à l'état solide composée d'oxychlorure de lithium et de zirconium et d'une électrode positive ternaire à haute teneur en nickel a démontré d'excellentes performances : sous la condition d'une charge rapide pendant 12 minutes, la batterie fonctionne encore avec succès à température ambiante pendant plus de 2 000 cycles.

Selon les chercheurs, l'oxychlorure de lithium et de zirconium peut atteindre des performances similaires à celles des électrolytes solides de sulfure et de chlorure les plus avancés au coût le plus bas actuellement, ce qui est d'une grande importance pour l'industrialisation des batteries au lithium à l'état solide.

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