대량 생산, 비용 및 제조 측면에서 솔리드 스테이트 배터리는 항상 많은 도전에 직면해 있습니다. 비용과 대량 생산 문제를 극복하는 사람이 시장을 선점하게 될 것입니다. 파이낸셜 타임즈에 따르면, 새로운 도요타 솔리드 스테이트 배터리 2027년에 양산될 예정입니다. 도요타의 솔리드 스테이트 배터리가 양산되면 전기차 산업 전체가 새로운 혁신의 시기를 맞이할 수 있습니다.
목차
도요타 솔리드 스테이트 배터리의 새로운 혁신
AP 통신의 보도에 따르면, 도요타는 2023년 7월 4일에 다음과 같은 분야에서 중요한 돌파구를 마련했다고 밝혔다. 솔리드 스테이트 배터리 기술. 도요타 솔리드 스테이트 배터리의 무게, 부피, 비용은 절반으로 줄어들고 배터리 수명은 10분 이내 충전으로 1,200킬로미터에 달할 수 있습니다. 또한 배터리 생산 공정이 크게 간소화되어 차세대 기술의 비용도 절감할 수 있습니다.
세계에서 두 번째로 큰 자동차 제조업체인 도요타는 이미 2025년까지 첨단 도요타 솔리드 스테이트 배터리를 탑재한 전기차를 출시할 계획을 추진하고 있습니다.
Toyota의 탄소 중립 R&D 센터 사장인 Kaida Keiji는 이렇게 말합니다: "액체 배터리든 고체 배터리든 우리의 목표는 배터리가 너무 크고, 너무 무겁고, 너무 비싼 현재의 상황을 완전히 바꾸는 것입니다. 잠재력 측면에서 이러한 요소를 절반으로 줄이기 위해 노력할 것입니다."라고 말했습니다.
카이다는 배터리 내구성을 향상시키는 방법을 개발했으며, 이제 주행 거리가 1,200km이고 충전 시간이 10분 이하인 솔리드 스테이트 배터리를 만들 수 있다고 주장합니다. 버밍엄 대학교의 경영경제학 교수인 데이비드 베일리는 도요타의 주장이 사실이라면 전기 자동차의 미래에 획기적인 순간이 될 수 있다고 생각합니다.
도요타 솔리드 스테이트 배터리의 개발 역사
도요타는 전고체 배터리 분야에서 가장 강력한 제조업체 중 하나로 업계에서 인정받고 있습니다. 토요타는 전고체 배터리 분야에서 항상 황화물 경로를 고수해 왔으며 이미 1,000개 이상의 특허를 보유하고 있습니다. 2020년 8월부터 전고체 배터리를 탑재한 도요타 전기차가 면허를 취득하고 주행 테스트를 시작했습니다.
강력한 기술력에도 불구하고 도요타의 도요타 솔리드 스테이트 배터리 분야 연구는 순조롭지 않았고 도요타 솔리드 스테이트 배터리의 양산 시기는 여러 번 지연되었습니다. 현재 도요타 솔리드 스테이트 배터리는 양산 시기를 2027~2028년으로 설정했습니다. 전고체 배터리의 연구 개발과 양산이 어렵다는 것을 알 수 있으며, 전고체 배터리에 대한 도요타의 끈기와 고집도 볼 수 있습니다.
2025년까지 도요타 솔리드 스테이트 배터리는 소규모 대량 생산에 성공하고 하이브리드 모델에 최초로 탑재될 예정입니다. 2030년까지 도요타 솔리드 스테이트 배터리는 지속적이고 안정적인 생산을 달성할 것입니다.
"개발 과정에서 전고체 배터리의 이온이 배터리 내에서 고속으로 이동하여 높은 출력을 얻을 수 있다는 사실을 알게 되었으며, 이 기능을 하이브리드 차량에 사용하여 전고체 배터리의 장점을 활용할 수 있기를 바랍니다." 도요타의 설명입니다.
2021년 도요타 자동차는 향후 10년간 핵심 자동차 기술을 선도하고 전기 및 하이브리드 차량의 가격 경쟁력을 지속적으로 유지하기 위해 2030년까지 전력 배터리 및 배터리 공급망 개발에 1조 5천억 엔을 투자할 계획이라고 발표했습니다.
일본 경제산업성은 2023년 6월 16일 도요타의 배터리 투자 계획에 대해 보조금을 지급한다고 발표했습니다.
보조금 중 하나는 리튬인산철 배터리(LFP)다. 차세대 배터리로 유력한 후보로 꼽히는 전고체 배터리도 적극적으로 개발할 예정이지만, 도요타는 저비용으로 생산할 수 있는 리튬인산철 배터리가 전기 전략의 핵심이라고 보고 개발에 박차를 가할 계획이다.
도요타 전기차 관련 보조금 대상 사업 총액은 약 3,300억 엔에 달할 것으로 예상되며, 이 중 일본 경제산업성의 보조금으로 1,178억 엔이 지원될 예정입니다.
도요타는 파나소닉 홀딩스와 공동 출자한 배터리 회사인 프라임 플래닛 에너지&솔루션(PPES)의 히메지 공장을 포함한 전기차 배터리 생산 라인을 강화하여 연간 생산 능력을 25kwh까지 늘릴 예정입니다.
솔리드 스테이트 배터리의 장점
그리고 리튬 이온 배터리 음극양극, 음극, 전해질(전해질과 격막)은 액체 리튬 이온 배터리의 세 가지 중요한 구성 요소입니다. 솔리드 스테이트 배터리는 이름에서 알 수 있듯이 액체 전해질을 고체로 대체합니다. 고체 배터리는 배터리 재료 일반적으로 황화물, 폴리머, 산화물 등이 사용되며 배터리의 양극은 리튬 금속으로 교체할 수도 있습니다.
이 설계의 가장 큰 장점은 배터리의 에너지 밀도를 높일 수 있다는 것입니다. 고체의 밀도가 액체보다 훨씬 높기 때문에 고체 배터리의 에너지 밀도는 액체 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도보다 최소 두 배 이상 높습니다. 예를 들어, CATL 기린 배터리의 에너지 밀도는 255Wh/kg이며, 고체 배터리는 500Wh/kg을 쉽게 달성할 수 있습니다.
동시에 전고체 배터리의 금속 리튬을 양극으로 직접 사용할 수 있기 때문에 기존의 흑연 음극보다 우수 할뿐만 아니라 필요하지 않습니다. 리튬 배터리 분리기 및 기타 구조, 즉 배터리를 더 가볍고 얇게 만들 수 있습니다.
또한 고체 배터리의 안정성은 액체 리튬 배터리보다 훨씬 높습니다. 액체 리튬 배터리는 장시간 사용하면 내부에 리튬 수상 돌기가 나타나기 쉽습니다. 이는 마치 바늘이 음극에서 천천히 자라나 시간이 지남에 따라 점점 길어지는 것과 같습니다.
분리막에 구멍이 뚫릴 만큼 충분히 길면 배터리가 단락됩니다. 외부의 힘으로 인해 배터리 팩이 손상되면 단락 및 고온의 영향으로 온도 제어를 잃기 쉽고 결국 배터리 연기, 화재 또는 폭발로 이어질 수 있습니다.
고체 배터리의 전해질은 고분자, 산화물, 황화물, 고온 저항, 내식성, 휘발하기 쉽지 않으며 기본적으로 자연 연소 위험이 없습니다. 외력이 실제로 침투하여 구멍이 나더라도 빠른 자연 발화 및 폭발이 발생하지 않을 확률이 높기 때문에 고체 배터리는 리튬 이온 배터리 안전에 더 많은 이점이 있습니다.
전고체 배터리 대량 생산의 어려움
화타이 증권 연구 보고서에 따르면 2030년 전 세계 솔리드 스테이트 배터리 시장 규모는 3,000억 위안이 넘을 것으로 예상됩니다. 이러한 거대한 시장에 직면하여 모든 국가는 적극적으로 기회를 포착할 계획을 세우고 있습니다.
30년 전 미국 오크리지 국립연구소에서 전고체 배터리를 개발했다고 주장했지만 안타깝게도 지금까지 대량 생산에 성공하지 못했습니다. 지난 2 년 동안 전 세계적으로 새로운 에너지 차량의 인기와 함께 기업들은 솔리드 스테이트 배터리의 대량 생산 진행 상황을 반복적으로보고했습니다. 뜨거운 전고체 배터리 시장 뒤에는 여전히 무시할 수없는 많은 단점이 있습니다.
고체 배터리의 대량 생산은 재료 문제, 인터페이스 문제, 엔지니어링 문제 등 많은 도전에 직면해 있습니다. 또한 현재 반고체 배터리의 비용이 상용 액체 배터리보다 훨씬 높기 때문에 배터리 제조업체에게는 어려운 장애물이기도 합니다.
업계 연구 및 계산에 따르면 NCM811 액체 배터리와 NCM811 반고체 배터리를 예로 들어 반고체 배터리의 비용은 액체 배터리보다 약 80% 더 높습니다. 그 중 고체 전해질 비용은 반고체 배터리의 주요 신규 비용이자 주요 비용으로 약 50%를 차지합니다.
전해질 재료의 변경, 생산 공정의 변경, 제품 품질 관리 경험 부족으로 인한 긴 엔지니어링 검증 주기 등의 요인으로 인해 전고체 배터리는 반고체 배터리보다 가격이 더 비쌉니다.
결국 전력 배터리의 양산 가능 여부를 측정하기 위해 주로 에너지 밀도, 충방전 성능, 비용, 안전성 및 사이클 수명 등 5가지 지표가 있습니다. 전력 배터리의 실험실 연구 결과는 일반적으로 특정 단계에서 하나 또는 여러 지표에서 큰 돌파구를 달성하고 5 가지 지표의 요구 사항을 동시에 충족해야만 대량 생산이 가능합니다.
따라서 도요타 전고체 배터리의 기술 혁신은 전기 자동차 산업에 매우 중요한 의미를 지니고 있습니다.
글로벌 솔리드 스테이트 배터리 기술의 새로운 발전
솔리드 스테이트 배터리 기술은 여전히 많은 도전에 직면해 있지만, 여전히 우리가 추구하는 목표는 리튬 배터리 산업. 전 세계적으로 전고체 배터리 기술에 대한 특허를 가장 많이 보유한 도요타를 비롯해 일본 기업들이 전고체 배터리에 가장 많이 투자한 것으로 알려져 있습니다.
좋은 소식은 중국과학기술대학의 마청 교수가 새로운 유형의 고체 전해질을 개발했다는 보도입니다. 전반적인 성능은 가장 진보된 황화물 및 염화물 고체 전해질과 비슷하지만 비용은 후자의 4%보다 낮습니다. 산업용 애플리케이션에 적합합니다.
리튬 지르코늄 옥시클로라이드의 종합적인 성능은 비용 면에서 강력한 이점이 있는 동시에 최첨단 황화물 및 염화물 고체 전해질과 비교할 수 있는 수준입니다.
실험 결과, 리튬 지르코늄 옥시 염화물과 하이 니켈 삼원 양극으로 구성된 전고체 리튬 배터리는 12분 동안 고속 충전하는 조건에서도 상온에서 2000회 이상 성공적으로 사이클을 수행하는 등 뛰어난 성능을 입증했습니다.
연구진에 따르면 리튬 지르코늄 옥시 염화물은 현재 가장 저렴한 비용으로 최첨단 황화물 및 염화물 고체 전해질과 유사한 성능을 달성 할 수 있으며 이는 전고체 리튬 배터리의 산업화에 큰 의미가 있습니다.
Hailey
안녕하세요, 저는 물리학 석사 학위를 취득한 후 리튬 배터리 산업에 전념하고 리튬 배터리 엔지니어들과 함께 다양한 리튬 배터리 설계 및 제조 프로젝트를 완료했습니다. 4년 이상 리튬 배터리 엔지니어로서 쌓은 전자 지식을 바탕으로 현재는 주로 리튬 배터리에 대한 콘텐츠 작성을 담당하고 있으며 저의 견해를 여러분과 공유하고 싶습니다.
도요타 솔리드 스테이트 배터리 - 새로운 혁신과 개발 역사
도요타 솔리드 스테이트 배터리의 새로운 혁신
AP 통신의 보도에 따르면, 도요타는 2023년 7월 4일에 다음과 같은 분야에서 중요한 돌파구를 마련했다고 밝혔다. 솔리드 스테이트 배터리 기술. 도요타 솔리드 스테이트 배터리의 무게, 부피, 비용은 절반으로 줄어들고 배터리 수명은 10분 이내 충전으로 1,200킬로미터에 달할 수 있습니다. 또한 배터리 생산 공정이 크게 간소화되어 차세대 기술의 비용도 절감할 수 있습니다.
세계에서 두 번째로 큰 자동차 제조업체인 도요타는 이미 2025년까지 첨단 도요타 솔리드 스테이트 배터리를 탑재한 전기차를 출시할 계획을 추진하고 있습니다.
Toyota의 탄소 중립 R&D 센터 사장인 Kaida Keiji는 이렇게 말합니다: "액체 배터리든 고체 배터리든 우리의 목표는 배터리가 너무 크고, 너무 무겁고, 너무 비싼 현재의 상황을 완전히 바꾸는 것입니다. 잠재력 측면에서 이러한 요소를 절반으로 줄이기 위해 노력할 것입니다."라고 말했습니다.
카이다는 배터리 내구성을 향상시키는 방법을 개발했으며, 이제 주행 거리가 1,200km이고 충전 시간이 10분 이하인 솔리드 스테이트 배터리를 만들 수 있다고 주장합니다. 버밍엄 대학교의 경영경제학 교수인 데이비드 베일리는 도요타의 주장이 사실이라면 전기 자동차의 미래에 획기적인 순간이 될 수 있다고 생각합니다.
도요타 솔리드 스테이트 배터리의 개발 역사
도요타는 전고체 배터리 분야에서 가장 강력한 제조업체 중 하나로 업계에서 인정받고 있습니다. 토요타는 전고체 배터리 분야에서 항상 황화물 경로를 고수해 왔으며 이미 1,000개 이상의 특허를 보유하고 있습니다. 2020년 8월부터 전고체 배터리를 탑재한 도요타 전기차가 면허를 취득하고 주행 테스트를 시작했습니다.
강력한 기술력에도 불구하고 도요타의 도요타 솔리드 스테이트 배터리 분야 연구는 순조롭지 않았고 도요타 솔리드 스테이트 배터리의 양산 시기는 여러 번 지연되었습니다. 현재 도요타 솔리드 스테이트 배터리는 양산 시기를 2027~2028년으로 설정했습니다. 전고체 배터리의 연구 개발과 양산이 어렵다는 것을 알 수 있으며, 전고체 배터리에 대한 도요타의 끈기와 고집도 볼 수 있습니다.
2025년까지 도요타 솔리드 스테이트 배터리는 소규모 대량 생산에 성공하고 하이브리드 모델에 최초로 탑재될 예정입니다. 2030년까지 도요타 솔리드 스테이트 배터리는 지속적이고 안정적인 생산을 달성할 것입니다.
"개발 과정에서 전고체 배터리의 이온이 배터리 내에서 고속으로 이동하여 높은 출력을 얻을 수 있다는 사실을 알게 되었으며, 이 기능을 하이브리드 차량에 사용하여 전고체 배터리의 장점을 활용할 수 있기를 바랍니다." 도요타의 설명입니다.
2021년 도요타 자동차는 향후 10년간 핵심 자동차 기술을 선도하고 전기 및 하이브리드 차량의 가격 경쟁력을 지속적으로 유지하기 위해 2030년까지 전력 배터리 및 배터리 공급망 개발에 1조 5천억 엔을 투자할 계획이라고 발표했습니다.
일본 경제산업성은 2023년 6월 16일 도요타의 배터리 투자 계획에 대해 보조금을 지급한다고 발표했습니다.
보조금 중 하나는 리튬인산철 배터리(LFP)다. 차세대 배터리로 유력한 후보로 꼽히는 전고체 배터리도 적극적으로 개발할 예정이지만, 도요타는 저비용으로 생산할 수 있는 리튬인산철 배터리가 전기 전략의 핵심이라고 보고 개발에 박차를 가할 계획이다.
도요타 전기차 관련 보조금 대상 사업 총액은 약 3,300억 엔에 달할 것으로 예상되며, 이 중 일본 경제산업성의 보조금으로 1,178억 엔이 지원될 예정입니다.
도요타는 파나소닉 홀딩스와 공동 출자한 배터리 회사인 프라임 플래닛 에너지&솔루션(PPES)의 히메지 공장을 포함한 전기차 배터리 생산 라인을 강화하여 연간 생산 능력을 25kwh까지 늘릴 예정입니다.
솔리드 스테이트 배터리의 장점
그리고 리튬 이온 배터리 음극양극, 음극, 전해질(전해질과 격막)은 액체 리튬 이온 배터리의 세 가지 중요한 구성 요소입니다. 솔리드 스테이트 배터리는 이름에서 알 수 있듯이 액체 전해질을 고체로 대체합니다. 고체 배터리는 배터리 재료 일반적으로 황화물, 폴리머, 산화물 등이 사용되며 배터리의 양극은 리튬 금속으로 교체할 수도 있습니다.
이 설계의 가장 큰 장점은 배터리의 에너지 밀도를 높일 수 있다는 것입니다. 고체의 밀도가 액체보다 훨씬 높기 때문에 고체 배터리의 에너지 밀도는 액체 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도보다 최소 두 배 이상 높습니다. 예를 들어, CATL 기린 배터리의 에너지 밀도는 255Wh/kg이며, 고체 배터리는 500Wh/kg을 쉽게 달성할 수 있습니다.
동시에 전고체 배터리의 금속 리튬을 양극으로 직접 사용할 수 있기 때문에 기존의 흑연 음극보다 우수 할뿐만 아니라 필요하지 않습니다. 리튬 배터리 분리기 및 기타 구조, 즉 배터리를 더 가볍고 얇게 만들 수 있습니다.
또한 고체 배터리의 안정성은 액체 리튬 배터리보다 훨씬 높습니다. 액체 리튬 배터리는 장시간 사용하면 내부에 리튬 수상 돌기가 나타나기 쉽습니다. 이는 마치 바늘이 음극에서 천천히 자라나 시간이 지남에 따라 점점 길어지는 것과 같습니다.
분리막에 구멍이 뚫릴 만큼 충분히 길면 배터리가 단락됩니다. 외부의 힘으로 인해 배터리 팩이 손상되면 단락 및 고온의 영향으로 온도 제어를 잃기 쉽고 결국 배터리 연기, 화재 또는 폭발로 이어질 수 있습니다.
고체 배터리의 전해질은 고분자, 산화물, 황화물, 고온 저항, 내식성, 휘발하기 쉽지 않으며 기본적으로 자연 연소 위험이 없습니다. 외력이 실제로 침투하여 구멍이 나더라도 빠른 자연 발화 및 폭발이 발생하지 않을 확률이 높기 때문에 고체 배터리는 리튬 이온 배터리 안전에 더 많은 이점이 있습니다.
전고체 배터리 대량 생산의 어려움
화타이 증권 연구 보고서에 따르면 2030년 전 세계 솔리드 스테이트 배터리 시장 규모는 3,000억 위안이 넘을 것으로 예상됩니다. 이러한 거대한 시장에 직면하여 모든 국가는 적극적으로 기회를 포착할 계획을 세우고 있습니다.
30년 전 미국 오크리지 국립연구소에서 전고체 배터리를 개발했다고 주장했지만 안타깝게도 지금까지 대량 생산에 성공하지 못했습니다. 지난 2 년 동안 전 세계적으로 새로운 에너지 차량의 인기와 함께 기업들은 솔리드 스테이트 배터리의 대량 생산 진행 상황을 반복적으로보고했습니다. 뜨거운 전고체 배터리 시장 뒤에는 여전히 무시할 수없는 많은 단점이 있습니다.
고체 배터리의 대량 생산은 재료 문제, 인터페이스 문제, 엔지니어링 문제 등 많은 도전에 직면해 있습니다. 또한 현재 반고체 배터리의 비용이 상용 액체 배터리보다 훨씬 높기 때문에 배터리 제조업체에게는 어려운 장애물이기도 합니다.
업계 연구 및 계산에 따르면 NCM811 액체 배터리와 NCM811 반고체 배터리를 예로 들어 반고체 배터리의 비용은 액체 배터리보다 약 80% 더 높습니다. 그 중 고체 전해질 비용은 반고체 배터리의 주요 신규 비용이자 주요 비용으로 약 50%를 차지합니다.
전해질 재료의 변경, 생산 공정의 변경, 제품 품질 관리 경험 부족으로 인한 긴 엔지니어링 검증 주기 등의 요인으로 인해 전고체 배터리는 반고체 배터리보다 가격이 더 비쌉니다.
결국 전력 배터리의 양산 가능 여부를 측정하기 위해 주로 에너지 밀도, 충방전 성능, 비용, 안전성 및 사이클 수명 등 5가지 지표가 있습니다. 전력 배터리의 실험실 연구 결과는 일반적으로 특정 단계에서 하나 또는 여러 지표에서 큰 돌파구를 달성하고 5 가지 지표의 요구 사항을 동시에 충족해야만 대량 생산이 가능합니다.
따라서 도요타 전고체 배터리의 기술 혁신은 전기 자동차 산업에 매우 중요한 의미를 지니고 있습니다.
글로벌 솔리드 스테이트 배터리 기술의 새로운 발전
솔리드 스테이트 배터리 기술은 여전히 많은 도전에 직면해 있지만, 여전히 우리가 추구하는 목표는 리튬 배터리 산업. 전 세계적으로 전고체 배터리 기술에 대한 특허를 가장 많이 보유한 도요타를 비롯해 일본 기업들이 전고체 배터리에 가장 많이 투자한 것으로 알려져 있습니다.
좋은 소식은 중국과학기술대학의 마청 교수가 새로운 유형의 고체 전해질을 개발했다는 보도입니다. 전반적인 성능은 가장 진보된 황화물 및 염화물 고체 전해질과 비슷하지만 비용은 후자의 4%보다 낮습니다. 산업용 애플리케이션에 적합합니다.
리튬 지르코늄 옥시클로라이드의 종합적인 성능은 비용 면에서 강력한 이점이 있는 동시에 최첨단 황화물 및 염화물 고체 전해질과 비교할 수 있는 수준입니다.
실험 결과, 리튬 지르코늄 옥시 염화물과 하이 니켈 삼원 양극으로 구성된 전고체 리튬 배터리는 12분 동안 고속 충전하는 조건에서도 상온에서 2000회 이상 성공적으로 사이클을 수행하는 등 뛰어난 성능을 입증했습니다.
연구진에 따르면 리튬 지르코늄 옥시 염화물은 현재 가장 저렴한 비용으로 최첨단 황화물 및 염화물 고체 전해질과 유사한 성능을 달성 할 수 있으며 이는 전고체 리튬 배터리의 산업화에 큰 의미가 있습니다.