오늘날 신에너지 자동차는 점차 자동차 시장의 주류가 되었고, 신에너지 자동차의 전원 배터리는 많은 소비자들의 주요 관심사가 되었습니다. 솔리드 스테이트 배터리 는 새롭고 인기 있는 배터리 유형이 되었습니다.
목차
솔리드 스테이트 배터리란 무엇인가요?
1. 솔리드 스테이트 배터리의 정의
전해질의 분류에 따라 리튬 배터리는 액체, 반고체, 준고체 및 전고체의 네 가지 범주로 나눌 수 있으며, 이 중 반고체, 준고체 및 전고체를 통칭하여 고체 배터리라고 합니다. 그리고 전해질의 상태가 다르기 때문에 고체 배터리는 구조 면에서 액체 리튬 이온 배터리와 다릅니다.
2. 리튬 배터리 개발
의 발전으로 리튬 배터리 산업 전력 배터리와 에너지 저장 배터리 분야에서 비용량, 최초 효율, 안전성, 사이클 타임 등 리튬 배터리에 대한 핵심 요구사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 리튬 이온 전력 배터리의 에너지 밀도는 향후 5년 내에 300Wh/kg 이상으로 증가할 것으로 예상되지만, 기존의 삼원계 방식으로는 350Wh/kg 이상의 배터리 에너지 밀도 목표를 달성하기 어렵습니다.
솔리드 스테이트 배터리는 구조상 특정 용량과 안전성이 뚜렷하게 개선되었습니다, 음극 재료음극 재료 및 전해질 재료.
액체 배터리와 고체 배터리의 비교
1. 안전
액체 배터리의 안전 위험은 주로 액체 전해질로 인한 것입니다. 최신 뉴스에 따르면 전기 자동차의 배터리로 인한 사고는 주로 자연 발화 및 폭발입니다. 그리고 자연 연소의 주요 원인은 배터리 팩의 열 폭주입니다. 과충전, 저온 또는 고온 환경에서 배터리가 단락되고 배터리가 단시간에 많은 열을 방출하여 배터리 내부의 액체 전해질을 점화하여 결국 배터리에 불이 붙게됩니다.
반면 고체 전지는 대부분 불연성인 고체 전해질을 사용하여 전해질의 가연성을 해결하고 동시에 고체 전해질 필름이 조밀하고 비다공성이며 기계적 강도가 높아 음극으로 인한 단락 문제를 효과적으로 억제하며 열 및 전기 화학적 안정성 측면에서 전해질보다 우수하여 리튬 배터리의 안전 성능을 크게 향상시킵니다.
2. 에너지 밀도
배터리의 에너지 밀도는 이론적 그램 용량과 음극 및 양극 재료의 전기 화학적 전위차에 의해 직접 결정됩니다. 고체 배터리의 최신 진행 상황에 따르면 Tesla 4680 대형 원통형 배터리의 에너지 밀도는 283Wh/kg이며, CATL 고체 배터리의 구조에 따르면 리튬 인산철 160wh/kg, 삼원계 고니켈 최대 250wh/kg의 에너지 밀도입니다.
그리고 2022년 10월 NASA는 공식 웹사이트를 통해 현재 NASA가 연구 개발 중인 고체 배터리 에너지 밀도가 삼원계 하이 니켈보다 거의 두 배 높은 500Wh/kg에 도달했다고 소개했습니다.
전고체 배터리의 음극재와 양극재는 전위차를 크게 하여 사용할 수 있으며, 고체 구조의 안정성 이점으로 인해 제조 공정에서 음극재와 양극재의 용량을 확장하여 배터리의 전체 에너지 밀도를 향상시킬 수 있습니다.
모든 고체 배터리는 리튬 금속을 음극으로 사용할 수 있으며(리튬 금속의 비 용량은 흑연 음극의 거의 10배), 동일한 양극 시스템에서 에너지 밀도를 50% 이상 증가시키고 동시에 배터리의 PACK 에너지 밀도를 개선하고 배터리 비용을 절감할 수 있을 것으로 예상됩니다.
고체 전해질 소재 기술 경로
고성능 고체 전해질을 구축하는 과정에서 집중해야 할 핵심 요구 사항은 다음과 같습니다.
높은 전기 전도성.
배터리 내부 물질과 반응하지 않는 우수한 화학적 안정성.
리튬 이온 이동 수가 높을수록, 이온 이동 수가 1보다 클수록 가장 이상적인 상태입니다.
기계적 특성 및 인성, 5단계의 고체 전해질의 경우 일반적으로 더 부서지기 쉽고 깨지기 쉬운 현상이 있습니다.
현재 고체 전해질에는 폴리머, 산화물, 황화물의 세 가지 주요 기술 경로가 있습니다. 세 가지 유형의 고체 전해질의 성능 매개변수에는 고유한 장단점이 있습니다.
공개 정보 쿼리에 따르면 2022년 10월 NASA의 황화물 경로 제품은 에너지 밀도가 500Wh/kg에 도달했습니다. 2018년 중국 쑤저우에서 산화물 경로를 기반으로 한 제품 개발을 발표하면서 전고체 배터리의 에너지 밀도가 400Wh/kg에 도달했고, 2019년 12월에는 Sakti3에서 에너지 밀도가 1000Wh/kg 이상인 전고체 배터리를 개발했다고 주장했습니다.
솔리드 스테이트 배터리 인터페이스
솔리드 스테이트 배터리 인터페이스는 다음을 의미합니다: 고체 전해질 내부의 인터페이스
복합 음극재 내부 인터페이스 ② 복합 음극재 내부 인터페이스
고체 전해질과 음극재 사이의 인터페이스 ③ 고체 전해질과 음극재 사이의 인터페이스
고체 전해질과 음극재 사이의 인터페이스 ④ 고체 전해질과 음극재 사이의 인터페이스
인터페이스 개념은 주로 고체 물질의 고상 계면이 습윤성이 없어 충분한 접촉이 어렵고 높은 접촉 저항을 형성하기 때문에 전고체 배터리에서 유도됩니다. 또한 사이클링 중에 원소 상호 확산 및 공간 전하층 형성과 같은 현상이 발생하여 셀 성능에 영향을 미칩니다. 결정질 전해질에는 많은 수의 결정립 경계가 존재하며, 높은 결정립 경계 저항은 양극과 음극 사이의 리튬 이온 수송에 도움이 되지 않습니다.
다양한 인터페이스(예: 전도도, 공간 전하층 등)의 성능을 개선하기 위해서는 전고체 배터리의 구조, 준비 과정, 재료 선택에 있어 특별한 연구개발과 설계가 필요합니다.
시장 수요
2030년 전 세계 전고체 배터리 수요는 1,500억 달러 이상의 시장 규모를 가진 500GWH에 육박할 것으로 예상되며, 이 중 전고체 전력 배터리의 수요는 350GWH 이상입니다.
연구소의 전망에 따르면 중국의 전고체 배터리 출하량은 2022년부터 2030년까지 고속 성장하여 2030년에는 250GWH를 초과할 것으로 예상되며, 비용 측면에서는 전고체 배터리 기술의 지속적인 발전으로 전고체 배터리 원가도 지속적으로 하락하여 2022년 1.9 위안/Wh에서 2030년 0.8 위안/Wh까지 하락할 것으로 예상됩니다.
당분간은 액체 배터리가 고체 배터리에 비해 비용 면에서 더 큰 이점을 가지고 있습니다. 하지만 고체 배터리 기술이 발전하고 대량 생산이 가능해지면 비용은 액체 배터리와 비슷해지고, 높은 에너지 밀도와 높은 안전성이라는 장점이 부각될 것입니다.
아얀 첸
독자 여러분, 저는 전자공학 석사 학위를 취득한 후 리튬 배터리 스왑 시스템에 집중하기 시작했습니다. 유명 배터리 회사의 엔지니어로서 저는 여러 성공적인 배터리 스와핑 스테이션 프로젝트에 전심으로 기여했을 뿐만 아니라 풍부한 경험을 쌓았습니다. 이 글을 통해 오토바이 배터리 스와핑에 대한 인사이트와 지식을 여러분과 공유하고자 합니다.
솔리드 스테이트 배터리 산업 연구
솔리드 스테이트 배터리란 무엇인가요?
1. 솔리드 스테이트 배터리의 정의
전해질의 분류에 따라 리튬 배터리는 액체, 반고체, 준고체 및 전고체의 네 가지 범주로 나눌 수 있으며, 이 중 반고체, 준고체 및 전고체를 통칭하여 고체 배터리라고 합니다. 그리고 전해질의 상태가 다르기 때문에 고체 배터리는 구조 면에서 액체 리튬 이온 배터리와 다릅니다.
2. 리튬 배터리 개발
의 발전으로 리튬 배터리 산업 전력 배터리와 에너지 저장 배터리 분야에서 비용량, 최초 효율, 안전성, 사이클 타임 등 리튬 배터리에 대한 핵심 요구사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 리튬 이온 전력 배터리의 에너지 밀도는 향후 5년 내에 300Wh/kg 이상으로 증가할 것으로 예상되지만, 기존의 삼원계 방식으로는 350Wh/kg 이상의 배터리 에너지 밀도 목표를 달성하기 어렵습니다.
솔리드 스테이트 배터리는 구조상 특정 용량과 안전성이 뚜렷하게 개선되었습니다, 음극 재료음극 재료 및 전해질 재료.
액체 배터리와 고체 배터리의 비교
1. 안전
액체 배터리의 안전 위험은 주로 액체 전해질로 인한 것입니다. 최신 뉴스에 따르면 전기 자동차의 배터리로 인한 사고는 주로 자연 발화 및 폭발입니다. 그리고 자연 연소의 주요 원인은 배터리 팩의 열 폭주입니다. 과충전, 저온 또는 고온 환경에서 배터리가 단락되고 배터리가 단시간에 많은 열을 방출하여 배터리 내부의 액체 전해질을 점화하여 결국 배터리에 불이 붙게됩니다.
반면 고체 전지는 대부분 불연성인 고체 전해질을 사용하여 전해질의 가연성을 해결하고 동시에 고체 전해질 필름이 조밀하고 비다공성이며 기계적 강도가 높아 음극으로 인한 단락 문제를 효과적으로 억제하며 열 및 전기 화학적 안정성 측면에서 전해질보다 우수하여 리튬 배터리의 안전 성능을 크게 향상시킵니다.
2. 에너지 밀도
배터리의 에너지 밀도는 이론적 그램 용량과 음극 및 양극 재료의 전기 화학적 전위차에 의해 직접 결정됩니다. 고체 배터리의 최신 진행 상황에 따르면 Tesla 4680 대형 원통형 배터리의 에너지 밀도는 283Wh/kg이며, CATL 고체 배터리의 구조에 따르면 리튬 인산철 160wh/kg, 삼원계 고니켈 최대 250wh/kg의 에너지 밀도입니다.
그리고 2022년 10월 NASA는 공식 웹사이트를 통해 현재 NASA가 연구 개발 중인 고체 배터리 에너지 밀도가 삼원계 하이 니켈보다 거의 두 배 높은 500Wh/kg에 도달했다고 소개했습니다.
전고체 배터리의 음극재와 양극재는 전위차를 크게 하여 사용할 수 있으며, 고체 구조의 안정성 이점으로 인해 제조 공정에서 음극재와 양극재의 용량을 확장하여 배터리의 전체 에너지 밀도를 향상시킬 수 있습니다.
모든 고체 배터리는 리튬 금속을 음극으로 사용할 수 있으며(리튬 금속의 비 용량은 흑연 음극의 거의 10배), 동일한 양극 시스템에서 에너지 밀도를 50% 이상 증가시키고 동시에 배터리의 PACK 에너지 밀도를 개선하고 배터리 비용을 절감할 수 있을 것으로 예상됩니다.
고체 전해질 소재 기술 경로
고성능 고체 전해질을 구축하는 과정에서 집중해야 할 핵심 요구 사항은 다음과 같습니다.
높은 전기 전도성.
배터리 내부 물질과 반응하지 않는 우수한 화학적 안정성.
리튬 이온 이동 수가 높을수록, 이온 이동 수가 1보다 클수록 가장 이상적인 상태입니다.
기계적 특성 및 인성, 5단계의 고체 전해질의 경우 일반적으로 더 부서지기 쉽고 깨지기 쉬운 현상이 있습니다.
현재 고체 전해질에는 폴리머, 산화물, 황화물의 세 가지 주요 기술 경로가 있습니다. 세 가지 유형의 고체 전해질의 성능 매개변수에는 고유한 장단점이 있습니다.
공개 정보 쿼리에 따르면 2022년 10월 NASA의 황화물 경로 제품은 에너지 밀도가 500Wh/kg에 도달했습니다. 2018년 중국 쑤저우에서 산화물 경로를 기반으로 한 제품 개발을 발표하면서 전고체 배터리의 에너지 밀도가 400Wh/kg에 도달했고, 2019년 12월에는 Sakti3에서 에너지 밀도가 1000Wh/kg 이상인 전고체 배터리를 개발했다고 주장했습니다.
솔리드 스테이트 배터리 인터페이스
솔리드 스테이트 배터리 인터페이스는 다음을 의미합니다:
고체 전해질 내부의 인터페이스
복합 음극재 내부 인터페이스 ② 복합 음극재 내부 인터페이스
고체 전해질과 음극재 사이의 인터페이스 ③ 고체 전해질과 음극재 사이의 인터페이스
고체 전해질과 음극재 사이의 인터페이스 ④ 고체 전해질과 음극재 사이의 인터페이스
인터페이스 개념은 주로 고체 물질의 고상 계면이 습윤성이 없어 충분한 접촉이 어렵고 높은 접촉 저항을 형성하기 때문에 전고체 배터리에서 유도됩니다. 또한 사이클링 중에 원소 상호 확산 및 공간 전하층 형성과 같은 현상이 발생하여 셀 성능에 영향을 미칩니다. 결정질 전해질에는 많은 수의 결정립 경계가 존재하며, 높은 결정립 경계 저항은 양극과 음극 사이의 리튬 이온 수송에 도움이 되지 않습니다.
다양한 인터페이스(예: 전도도, 공간 전하층 등)의 성능을 개선하기 위해서는 전고체 배터리의 구조, 준비 과정, 재료 선택에 있어 특별한 연구개발과 설계가 필요합니다.
시장 수요
2030년 전 세계 전고체 배터리 수요는 1,500억 달러 이상의 시장 규모를 가진 500GWH에 육박할 것으로 예상되며, 이 중 전고체 전력 배터리의 수요는 350GWH 이상입니다.
연구소의 전망에 따르면 중국의 전고체 배터리 출하량은 2022년부터 2030년까지 고속 성장하여 2030년에는 250GWH를 초과할 것으로 예상되며, 비용 측면에서는 전고체 배터리 기술의 지속적인 발전으로 전고체 배터리 원가도 지속적으로 하락하여 2022년 1.9 위안/Wh에서 2030년 0.8 위안/Wh까지 하락할 것으로 예상됩니다.
2022년 삼원계 리튬 배터리의 원가는 약 1위안/Wh이고 리튬 인산철 배터리의 원가는 0.8위안/Wh입니다.
당분간은 액체 배터리가 고체 배터리에 비해 비용 면에서 더 큰 이점을 가지고 있습니다. 하지만 고체 배터리 기술이 발전하고 대량 생산이 가능해지면 비용은 액체 배터리와 비슷해지고, 높은 에너지 밀도와 높은 안전성이라는 장점이 부각될 것입니다.