오늘날 전기 자동차는 점차 자동차 시장의 주류가 되었습니다. 자동차 소비자는 제품의 지능, 주행 거리, 기술력에 주목하는 것 외에도 전기 자동차의 전원 배터리에 대해 가장 우려하고 있습니다. 결국, 전기 자동차의 심장은 바로 배터리입니다. 따라서 주요 제조업체는 배터리, 특히 리튬 이온 솔리드 스테이트 배터리 기술의 연구 개발에 많은 투자를하고 있습니다.
리튬 이온 솔리드 스테이트 배터리 시장 현황
지난 3년 동안 전기 자동차 시장의 수요 확대에 따라 전력은 리튬 배터리 산업는 업스트림 리튬 채굴 회사들이 지배하고 있습니다. 그리고 리튬 광석 가격은 2020년 톤당 4만 위안 미만에서 최고 57만 위안까지 급등하며 신에너지 시대의 '화이트 오일'로 자리 잡았습니다.
올해 초,특히 호주에서 리튬 채굴의 생산 능력이 가속화되고 배터리 재료 재활용 산업은 가격 상승으로 인해 새로운 기회를 맞이했으며 재활용 자원이 원래 자원 수요를 대부분 대체했습니다.
동시에 에너지 차량이 급증한 후 다운스트림 수요는 어느 정도 약화되었습니다. 수요와 공급의 이중 타격으로 리튬 광석도 큰 타격을 입었고 가격은 불과 3개월 만에 톤당 15만 위안까지 떨어졌습니다.
리튬 광석 가격 하락과 동시에 리튬 이온 전력 배터리의 경제성이 다시 부각되고 있습니다. 지난 2년간 과소평가되었던 리튬 이온 전고체 배터리가 시장과 기술의 이중 혜택으로 다시금 사람들의 인정을 받고 있습니다.
리튬 이온 솔리드 스테이트 배터리란 무엇인가요?
리튬 이온 배터리를 전해질의 형태에 따라 분류하면 액체의 양에 따라 액체 배터리와 전고체 배터리로 나눌 수 있고, 전고체 배터리는 다시 반고체 배터리, 준고체 배터리, 전고체 배터리의 세 가지로 나눌 수 있습니다.
액체 배터리의 전해질은 액체로 구성되어 있으며, 반고체 배터리의 전해질 질량 비율은 <10%, 준고체 배터리의 전해질 질량 비율은 <5%, 모든 고체 배터리는 액체 전해질을 포함하지 않습니다.
솔리드 스테이트 배터리와 액체 배터리의 차이점
솔리드 스테이트 배터리와 액체 배터리는 다음 세 가지 점에서 다릅니다.
에너지 밀도
액체 배터리는 곧 에너지 밀도의 병목현상에 도달하는 반면, 전고체 배터리는 그 상한선이 더 높습니다. 통계 데이터에 따르면 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 1991년에서 2015년까지 3배 증가했으며, GAGR은 약 3%였습니다. 선형 계산에 따르면 2020년과 2025년의 에너지 밀도는 300Wh/kg과 320Wh/kg에 불과합니다.
그러나 실용적인 기술적 관점에서 볼 때 리튬 금속 양극의 매우 강한 활성과 열악한 안정성으로 인해 액체 전해질과 호환되기가 매우 어렵습니다. 따라서 가장 낮은 전기 화학적 전위와 매우 높은 커패시턴스의 이점을 활용할 수 없어 전체 배터리의 에너지 밀도 개발을 직접적으로 제한합니다.
또한 전해질이 고전압 음극과 일치하기가 어렵습니다. 현재 주류 전해질 전압은 4.5V를 초과하지 않으므로 다음과 같은 옵션 범위를 직접적으로 제한합니다. 음극 재료 따라서 에너지 밀도 개발이 제한됩니다.
즉, 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도 증가 속도가 크게 둔화되어 이론적 한계에 가까워지고 있습니다. 소재를 업데이트하지 않으면 새로운 돌파구를 마련하기 어렵습니다.
고체 전해질은 이러한 문제를 잘 해결합니다. 액체 전해질에 비해 고체 전해질은 전기 화학적 성능이 더 안정적이며 활성도가 높은 리튬 금속 양극과 호환될 수 있습니다. 동시에 고체 전해질은 리튬 금속 양극의 적용에 필요한 조건을 충족하는 리튬 수상 돌기의 침전을 억제 할 수 있습니다.
동시에 일부 고체 전해질은 전압 범위가 더 넓어 고전압 음극 재료에 적용될 수 있습니다. 리튬 금속 양극을 사용하면 이론적으로 음극을 리튬이 없는 재료로 만들 수 있으며 에너지 밀도와 비용 절감 공간이 크게 향상될 것으로 예상됩니다. 체적 에너지 밀도는 100Wh/L를 넘어설 것으로 예상됩니다.
안전
액체 배터리는 안전 문제를 해결하기 어려운 반면, 솔리드 스테이트 배터리는 문제 발생을 근본적으로 방지합니다.
전해액은 액체 리튬 이온 배터리 안전 사고의 가장 큰 원인입니다. 리튬 배터리의 열 폭주는 주로 내부 단락 또는 높은 작동 온도로 인해 초기 온도 상승으로 이어지고 SEI 필름의 분해를 유발합니다. 동시에 전해질의 지속적인 온도 상승은 다양한 가연성 가스와 산소를 방출 한 다음 연소합니다.
현재 리튬 배터리 업계는 주로 배터리 셀에 난연제나 불활성 가스를 첨가하거나 팩 표면에 펑크 방지 설계 또는 열 차단막을 추가하는 등 안전사고에 대응하기 위해 열 폭주를 완화하는 데 의존하고 있습니다. 그러나 고위험 전해질은 여전히 LIB 안전 문제를 일으키는 본질이며, LIB의 필수 소재이기 때문에 이론적으로 안전 문제를 해결할 수 없습니다.
한편, 고체 전해질의 초기 폭주 온도는 액체 전해질(120°C)보다 높고, 산화물 고체 전해질은 열 폭주 온도가 600°C를 초과하여 이론적으로 배터리 연소와 같은 안전 문제가 발생하지 않는 가장 안전한 전해질입니다.
프로세스 최적화
액체 배터리의 공정 최적화를 위한 공간은 고체 배터리에 비해 훨씬 작습니다.
현재 액체 배터리의 통신 제조 공정은 주로 전극 준비(주로 습식 방식)→감기→포장→액체 주입→화학 형성→분류→조립을 포함합니다. 고속 슬러리 혼합, 코팅 및 권선/적층 기술과 대용량 배터리 기술은 단일 라인 생산 능력의 지속적인 확장을 촉진합니다.
솔리드 스테이트 배터리의 제조 공정
그러나 코팅 및 건조 효율이 낮고 습식 전극 준비 과정에서 와이어를 멈추고 권선 공정에서 극 조각을 삽입해야 하기 때문에 테슬라의 업그레이드된 4680 기술에서도 여전히 복잡한 레이저 용접 공정이 포함되어 있어 배터리 제조 효율 향상에 여전히 큰 병목 현상이 있습니다.
또한 셀-모듈-배터리 팩-본체로 CTM을 조립하는 기존 공정은 많은 부품을 사용하고 전체 중량이 증가할 뿐만 아니라 복잡한 연결 및 배터리 관리 시스템을 수반합니다.
전고체 배터리는 용매를 사용하지 않는 생산 기술인 건식 전극 기술을 사용할 수 있습니다. 이 방법은 음극과 양극 재료를 바인더와 혼합한 다음 캘린더링, 스프레이, 압출 또는 기상 증착 방식을 통해 시트 모양 또는 박막 모양의 전극을 직접 형성하는 것입니다.
습식 전극 준비와 비교하여 건식 기술의 장점은 주로 다음과 같이 반영됩니다: ① 슬러리 혼합, 건조, 유해 용제 회수 단계를 생략할 수 있어 재료, 시간, 작업장, 인건비 등의 생산 비용을 절감할 수 있습니다. ② 성능 측면에서 전극이 더 두껍고 에너지 밀도가 더 높습니다. ③ 독성 용매를 사용하지 않아 더욱 환경 친화적입니다.
또한 조립 과정에서 다층 바이폴라 구조의 고체 배터리 셀 자체가 패킹 공정으로 간주 될 수 있습니다. 직렬로 연결된 고밀도 패킹은 공간 활용률을 크게 향상시키고 내부 저항을 낮추고 에너지 밀도 및 전류 출력을 높일 수 있습니다. 후속 패키징 공정에서는 복잡한 연결이 필요하지 않으므로 대량 생산 후 효율을 높이고 비용을 절감 할 수있는 큰 공간을 의미합니다.
솔리드 스테이트 배터리 최적화
솔리드 스테이트 배터리의 최적화는 다음 세 가지 측면에서 시작할 수 있습니다.
전해질
현재 폴리머, 산화물, 황화물 등 전고체 배터리용 전해질 소재를 선택하는 데는 세 가지 주요 경로가 있습니다. 세 가지 기술 시스템은 서로 다르며 각각 고유한 장단점이 있습니다.
– 폴리머: 전해질로서 폴리머의 장점은 가공이 쉽고 기존 액체 전해질 생산 장비 및 공정과 호환되며 기계적 특성이 좋다는 것입니다. 하지만 전도도가 너무 낮고 60°C까지 가열해야 정상적으로 작동하며 고전압 양극 재료에는 적용할 수 없다는 단점이 있습니다.
– 황화물: 황화물은 폴리머와 정반대이며 전도도가 가장 높고 전기 화학적 안정성이 넓어 가장 잠재적인 기술 경로입니다. 그러나 황화물의 제조 공정은 매우 복잡하고 공기 중의 물 및 산소와 반응하여 독성이 강한 황화수소 가스를 생성하기 쉽습니다.
– 옥사이드: 산화물은 위의 두 가지 장점을 모두 가지고 있습니다. 전도성, 안정성 및 전기 화학적 성능이 상대적으로 우수하여 현재 가장 빠르게 발전하는 기술입니다. 상대적으로 낮은 개발 비용과 난이도로 인해 중국 제조업체는 산화물 고체 전해질에 집중하고 있으며 반고체 배터리에서 확장 될 것으로 예상됩니다.
장기적인 관점에서 볼 때 황화물 고체 전해질의 연구 개발은 어렵지만 우수한 성능과 큰 잠재력으로 인해 강력하고 자본이 풍부한 배터리 회사가 지속적으로 연구 개발에 투자하도록 유도합니다. 10년 이상 기술을 축적한 많은 업계 리더들이 주요 기술 경로로 선택하고 있으며, 일단 돌파구가 달성되면 높은 기술 장벽을 형성 할 가능성이 훨씬 높습니다.
전극 재료
전고체 배터리는 기존 양극 시스템을 그대로 사용할 수 있지만 에너지 밀도를 개선하는 데는 별다른 도움이 되지 않습니다. 용량을 크게 늘리려면 리튬 금속 음극을 더 효율적으로 적용해야 합니다.
리튬 금속 음극은 배터리 용량과 직결되는 에너지 밀도가 높다는 장점이 있습니다. 따라서 리튬 금속 음극의 응용 기술을 마스터 한 회사는 제품 성능과 비용의 이중 이점을 얻고 시장의 전략적 높이를 차지할 수 있다고 말할 수 있습니다.
그러나 현재 리튬 금속 음극은 안정성 문제를 해결해야 하며, 리튬 금속 음극의 대량 생산 비용을 줄일 수 있는 잠재력이 큽니다.
반고체 배터리
전고체 배터리는 여전히 극복해야 할 기술적 어려움이 있습니다. 예를 들어 고체 전해질의 이온 전도도는 액체 전해질보다 훨씬 낮기 때문에 배터리 내부 저항이 크게 증가하고 배터리 사이클 성능이 저하되며 속도 성능이 저하됩니다. 반면에 높은 비용도 전고체 배터리의 상용화를 제한하는 요인입니다. 현재 액체 리튬 배터리의 산업 체인은 매우 성숙하고 더 나은 성능의 리튬 배터리를 저렴한 비용으로 생산할 수 있지만 전고체 배터리의 산업 체인은 아직 충분히 성숙하지 않습니다. 현재로서는 반고체 배터리가 타협안으로 최선의 선택입니다.
반고체 배터리의 제조 공정 및 장비는 현재 리튬 배터리와 매우 공통적이며, 현장 고체, 혼합 및 액체 주입과 같은 일부 주요 공정 링크만 현재 액체 배터리와 다릅니다. 그러나 반고체 배터리는 높은 에너지 밀도, 작은 크기, 높은 안전성 및 더 나은 유연성과 같은 많은 특성을 가지고 있습니다. 자동차 제조업체의 차세대 주류 배터리 기술 경로의 첫 번째 선택이되었습니다.
동시에 반고체 배터리는 전고체 배터리로의 전환 경로로 간주되기도 합니다. 결국 새로운 기술은 하루아침에 이루어질 수 없으며, 단계적으로 연구하고 개발해야 합니다.
솔리드 스테이트 배터리의 글로벌 개발 현황
액체 배터리에서 전고체 배터리로의 점진적인 전환은 리튬 배터리 기술 발전의 중요한 추세입니다. 전 세계적으로 주요 자동차 회사, 배터리 회사, 투자 기관 및 과학 연구 기관은 전고체 배터리의 산업화를 가속화하기 위해 자본, 기술 및 인재를 적극적으로 배치하고 있습니다.
전 세계 주요 자동차 제조업체와 정부가 전고체 배터리 경쟁에 뛰어들고 있습니다. 글로벌 관점에서 보면 크게 세 진영으로 나눌 수 있습니다: 중국, 일본, 한국, 유럽, 미국.
기술 방향은 일본과 한국이 가장 먼저 시작했고 황화물 고체 전해질 방식을 선택했습니다. 현재 일본과 한국 기업은 세계 최고의 전고체 배터리 특허를 보유하고 있습니다.
한국 정부는 4월 20일, 전력용 배터리 분야에서 한국의 강점을 유지하기 위해 정부와 주요 배터리 기업 주도로 2030년까지 20조 원을 공동 투자해 전고체 배터리 등 첨단 배터리 기술을 개발하고 2025년부터 상업 생산에 착수한다고 발표했습니다.
유럽과 미국에서는 리튬 금속 음극 애플리케이션 개발을 위해 산화물 고체 전해질 경로가 주로 선택됩니다. 중국에서는 세 가지 고체 전해질 경로가 모두 마련되었습니다. 중국은 전고체 배터리를 개발하는 동시에 기존 산업에 더 친화적인 반고체 배터리 개발도 활발히 진행하고 있습니다.
요약
기존 리튬 배터리의 업그레이드인 전고체 배터리는 전해질과 전극 소재를 대체함으로써 더 높은 에너지 밀도, 더 나은 안전성, 공정 최적화를 위한 더 넓은 공간, 더 강력한 유연성을 확보하여 차세대 리튬 배터리의 이상적인 형태로 자리 잡았습니다.
지금까지 세 가지 고체 전해질은 각각의 장단점이 있으며 이론만큼 좋은 전해질은 없습니다. 또한 대규모 생산이 부족하여 전고체 배터리의 비용이 크게 증가했습니다.
그러나 시간이 흐르고 기술이 발전함에 따라 전고체 배터리가 점차 확산되어 다양한 분야에서 기존의 액체 리튬 배터리를 점차 대체할 것이라고 믿을 수 있습니다.
리튬 이온 솔리드 스테이트 배터리 - 소개와 미래
오늘날 전기 자동차는 점차 자동차 시장의 주류가 되었습니다. 자동차 소비자는 제품의 지능, 주행 거리, 기술력에 주목하는 것 외에도 전기 자동차의 전원 배터리에 대해 가장 우려하고 있습니다. 결국, 전기 자동차의 심장은 바로 배터리입니다. 따라서 주요 제조업체는 배터리, 특히 리튬 이온 솔리드 스테이트 배터리 기술의 연구 개발에 많은 투자를하고 있습니다.
리튬 이온 솔리드 스테이트 배터리 시장 현황
지난 3년 동안 전기 자동차 시장의 수요 확대에 따라 전력은 리튬 배터리 산업 는 업스트림 리튬 채굴 회사들이 지배하고 있습니다. 그리고 리튬 광석 가격은 2020년 톤당 4만 위안 미만에서 최고 57만 위안까지 급등하며 신에너지 시대의 '화이트 오일'로 자리 잡았습니다.
올해 초,특히 호주에서 리튬 채굴의 생산 능력이 가속화되고 배터리 재료 재활용 산업은 가격 상승으로 인해 새로운 기회를 맞이했으며 재활용 자원이 원래 자원 수요를 대부분 대체했습니다.
동시에 에너지 차량이 급증한 후 다운스트림 수요는 어느 정도 약화되었습니다. 수요와 공급의 이중 타격으로 리튬 광석도 큰 타격을 입었고 가격은 불과 3개월 만에 톤당 15만 위안까지 떨어졌습니다.
리튬 광석 가격 하락과 동시에 리튬 이온 전력 배터리의 경제성이 다시 부각되고 있습니다. 지난 2년간 과소평가되었던 리튬 이온 전고체 배터리가 시장과 기술의 이중 혜택으로 다시금 사람들의 인정을 받고 있습니다.
리튬 이온 솔리드 스테이트 배터리란 무엇인가요?
리튬 이온 배터리를 전해질의 형태에 따라 분류하면 액체의 양에 따라 액체 배터리와 전고체 배터리로 나눌 수 있고, 전고체 배터리는 다시 반고체 배터리, 준고체 배터리, 전고체 배터리의 세 가지로 나눌 수 있습니다.
액체 배터리의 전해질은 액체로 구성되어 있으며, 반고체 배터리의 전해질 질량 비율은 <10%, 준고체 배터리의 전해질 질량 비율은 <5%, 모든 고체 배터리는 액체 전해질을 포함하지 않습니다.
솔리드 스테이트 배터리와 액체 배터리의 차이점
솔리드 스테이트 배터리와 액체 배터리는 다음 세 가지 점에서 다릅니다.
에너지 밀도
액체 배터리는 곧 에너지 밀도의 병목현상에 도달하는 반면, 전고체 배터리는 그 상한선이 더 높습니다.
통계 데이터에 따르면 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 1991년에서 2015년까지 3배 증가했으며, GAGR은 약 3%였습니다. 선형 계산에 따르면 2020년과 2025년의 에너지 밀도는 300Wh/kg과 320Wh/kg에 불과합니다.
그러나 실용적인 기술적 관점에서 볼 때 리튬 금속 양극의 매우 강한 활성과 열악한 안정성으로 인해 액체 전해질과 호환되기가 매우 어렵습니다. 따라서 가장 낮은 전기 화학적 전위와 매우 높은 커패시턴스의 이점을 활용할 수 없어 전체 배터리의 에너지 밀도 개발을 직접적으로 제한합니다.
또한 전해질이 고전압 음극과 일치하기가 어렵습니다. 현재 주류 전해질 전압은 4.5V를 초과하지 않으므로 다음과 같은 옵션 범위를 직접적으로 제한합니다. 음극 재료 따라서 에너지 밀도 개발이 제한됩니다.
즉, 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도 증가 속도가 크게 둔화되어 이론적 한계에 가까워지고 있습니다. 소재를 업데이트하지 않으면 새로운 돌파구를 마련하기 어렵습니다.
고체 전해질은 이러한 문제를 잘 해결합니다. 액체 전해질에 비해 고체 전해질은 전기 화학적 성능이 더 안정적이며 활성도가 높은 리튬 금속 양극과 호환될 수 있습니다. 동시에 고체 전해질은 리튬 금속 양극의 적용에 필요한 조건을 충족하는 리튬 수상 돌기의 침전을 억제 할 수 있습니다.
동시에 일부 고체 전해질은 전압 범위가 더 넓어 고전압 음극 재료에 적용될 수 있습니다. 리튬 금속 양극을 사용하면 이론적으로 음극을 리튬이 없는 재료로 만들 수 있으며 에너지 밀도와 비용 절감 공간이 크게 향상될 것으로 예상됩니다. 체적 에너지 밀도는 100Wh/L를 넘어설 것으로 예상됩니다.
안전
액체 배터리는 안전 문제를 해결하기 어려운 반면, 솔리드 스테이트 배터리는 문제 발생을 근본적으로 방지합니다.
전해액은 액체 리튬 이온 배터리 안전 사고의 가장 큰 원인입니다. 리튬 배터리의 열 폭주는 주로 내부 단락 또는 높은 작동 온도로 인해 초기 온도 상승으로 이어지고 SEI 필름의 분해를 유발합니다. 동시에 전해질의 지속적인 온도 상승은 다양한 가연성 가스와 산소를 방출 한 다음 연소합니다.
현재 리튬 배터리 업계는 주로 배터리 셀에 난연제나 불활성 가스를 첨가하거나 팩 표면에 펑크 방지 설계 또는 열 차단막을 추가하는 등 안전사고에 대응하기 위해 열 폭주를 완화하는 데 의존하고 있습니다. 그러나 고위험 전해질은 여전히 LIB 안전 문제를 일으키는 본질이며, LIB의 필수 소재이기 때문에 이론적으로 안전 문제를 해결할 수 없습니다.
한편, 고체 전해질의 초기 폭주 온도는 액체 전해질(120°C)보다 높고, 산화물 고체 전해질은 열 폭주 온도가 600°C를 초과하여 이론적으로 배터리 연소와 같은 안전 문제가 발생하지 않는 가장 안전한 전해질입니다.
프로세스 최적화
액체 배터리의 공정 최적화를 위한 공간은 고체 배터리에 비해 훨씬 작습니다.
현재 액체 배터리의 통신 제조 공정은 주로 전극 준비(주로 습식 방식)→감기→포장→액체 주입→화학 형성→분류→조립을 포함합니다. 고속 슬러리 혼합, 코팅 및 권선/적층 기술과 대용량 배터리 기술은 단일 라인 생산 능력의 지속적인 확장을 촉진합니다.
그러나 코팅 및 건조 효율이 낮고 습식 전극 준비 과정에서 와이어를 멈추고 권선 공정에서 극 조각을 삽입해야 하기 때문에 테슬라의 업그레이드된 4680 기술에서도 여전히 복잡한 레이저 용접 공정이 포함되어 있어 배터리 제조 효율 향상에 여전히 큰 병목 현상이 있습니다.
또한 셀-모듈-배터리 팩-본체로 CTM을 조립하는 기존 공정은 많은 부품을 사용하고 전체 중량이 증가할 뿐만 아니라 복잡한 연결 및 배터리 관리 시스템을 수반합니다.
전고체 배터리는 용매를 사용하지 않는 생산 기술인 건식 전극 기술을 사용할 수 있습니다. 이 방법은 음극과 양극 재료를 바인더와 혼합한 다음 캘린더링, 스프레이, 압출 또는 기상 증착 방식을 통해 시트 모양 또는 박막 모양의 전극을 직접 형성하는 것입니다.
습식 전극 준비와 비교하여 건식 기술의 장점은 주로 다음과 같이 반영됩니다:
① 슬러리 혼합, 건조, 유해 용제 회수 단계를 생략할 수 있어 재료, 시간, 작업장, 인건비 등의 생산 비용을 절감할 수 있습니다.
② 성능 측면에서 전극이 더 두껍고 에너지 밀도가 더 높습니다.
③ 독성 용매를 사용하지 않아 더욱 환경 친화적입니다.
또한 조립 과정에서 다층 바이폴라 구조의 고체 배터리 셀 자체가 패킹 공정으로 간주 될 수 있습니다. 직렬로 연결된 고밀도 패킹은 공간 활용률을 크게 향상시키고 내부 저항을 낮추고 에너지 밀도 및 전류 출력을 높일 수 있습니다. 후속 패키징 공정에서는 복잡한 연결이 필요하지 않으므로 대량 생산 후 효율을 높이고 비용을 절감 할 수있는 큰 공간을 의미합니다.
솔리드 스테이트 배터리 최적화
솔리드 스테이트 배터리의 최적화는 다음 세 가지 측면에서 시작할 수 있습니다.
전해질
현재 폴리머, 산화물, 황화물 등 전고체 배터리용 전해질 소재를 선택하는 데는 세 가지 주요 경로가 있습니다. 세 가지 기술 시스템은 서로 다르며 각각 고유한 장단점이 있습니다.
– 폴리머: 전해질로서 폴리머의 장점은 가공이 쉽고 기존 액체 전해질 생산 장비 및 공정과 호환되며 기계적 특성이 좋다는 것입니다. 하지만 전도도가 너무 낮고 60°C까지 가열해야 정상적으로 작동하며 고전압 양극 재료에는 적용할 수 없다는 단점이 있습니다.
– 황화물: 황화물은 폴리머와 정반대이며 전도도가 가장 높고 전기 화학적 안정성이 넓어 가장 잠재적인 기술 경로입니다. 그러나 황화물의 제조 공정은 매우 복잡하고 공기 중의 물 및 산소와 반응하여 독성이 강한 황화수소 가스를 생성하기 쉽습니다.
– 옥사이드: 산화물은 위의 두 가지 장점을 모두 가지고 있습니다. 전도성, 안정성 및 전기 화학적 성능이 상대적으로 우수하여 현재 가장 빠르게 발전하는 기술입니다. 상대적으로 낮은 개발 비용과 난이도로 인해 중국 제조업체는 산화물 고체 전해질에 집중하고 있으며 반고체 배터리에서 확장 될 것으로 예상됩니다.
장기적인 관점에서 볼 때 황화물 고체 전해질의 연구 개발은 어렵지만 우수한 성능과 큰 잠재력으로 인해 강력하고 자본이 풍부한 배터리 회사가 지속적으로 연구 개발에 투자하도록 유도합니다. 10년 이상 기술을 축적한 많은 업계 리더들이 주요 기술 경로로 선택하고 있으며, 일단 돌파구가 달성되면 높은 기술 장벽을 형성 할 가능성이 훨씬 높습니다.
전극 재료
전고체 배터리는 기존 양극 시스템을 그대로 사용할 수 있지만 에너지 밀도를 개선하는 데는 별다른 도움이 되지 않습니다. 용량을 크게 늘리려면 리튬 금속 음극을 더 효율적으로 적용해야 합니다.
리튬 금속 음극은 배터리 용량과 직결되는 에너지 밀도가 높다는 장점이 있습니다. 따라서 리튬 금속 음극의 응용 기술을 마스터 한 회사는 제품 성능과 비용의 이중 이점을 얻고 시장의 전략적 높이를 차지할 수 있다고 말할 수 있습니다.
그러나 현재 리튬 금속 음극은 안정성 문제를 해결해야 하며, 리튬 금속 음극의 대량 생산 비용을 줄일 수 있는 잠재력이 큽니다.
반고체 배터리
전고체 배터리는 여전히 극복해야 할 기술적 어려움이 있습니다. 예를 들어 고체 전해질의 이온 전도도는 액체 전해질보다 훨씬 낮기 때문에 배터리 내부 저항이 크게 증가하고 배터리 사이클 성능이 저하되며 속도 성능이 저하됩니다.
반면에 높은 비용도 전고체 배터리의 상용화를 제한하는 요인입니다. 현재 액체 리튬 배터리의 산업 체인은 매우 성숙하고 더 나은 성능의 리튬 배터리를 저렴한 비용으로 생산할 수 있지만 전고체 배터리의 산업 체인은 아직 충분히 성숙하지 않습니다. 현재로서는 반고체 배터리가 타협안으로 최선의 선택입니다.
반고체 배터리의 제조 공정 및 장비는 현재 리튬 배터리와 매우 공통적이며, 현장 고체, 혼합 및 액체 주입과 같은 일부 주요 공정 링크만 현재 액체 배터리와 다릅니다. 그러나 반고체 배터리는 높은 에너지 밀도, 작은 크기, 높은 안전성 및 더 나은 유연성과 같은 많은 특성을 가지고 있습니다. 자동차 제조업체의 차세대 주류 배터리 기술 경로의 첫 번째 선택이되었습니다.
동시에 반고체 배터리는 전고체 배터리로의 전환 경로로 간주되기도 합니다. 결국 새로운 기술은 하루아침에 이루어질 수 없으며, 단계적으로 연구하고 개발해야 합니다.
솔리드 스테이트 배터리의 글로벌 개발 현황
액체 배터리에서 전고체 배터리로의 점진적인 전환은 리튬 배터리 기술 발전의 중요한 추세입니다. 전 세계적으로 주요 자동차 회사, 배터리 회사, 투자 기관 및 과학 연구 기관은 전고체 배터리의 산업화를 가속화하기 위해 자본, 기술 및 인재를 적극적으로 배치하고 있습니다.
전 세계 주요 자동차 제조업체와 정부가 전고체 배터리 경쟁에 뛰어들고 있습니다. 글로벌 관점에서 보면 크게 세 진영으로 나눌 수 있습니다: 중국, 일본, 한국, 유럽, 미국.
기술 방향은 일본과 한국이 가장 먼저 시작했고 황화물 고체 전해질 방식을 선택했습니다. 현재 일본과 한국 기업은 세계 최고의 전고체 배터리 특허를 보유하고 있습니다.
한국 정부는 4월 20일, 전력용 배터리 분야에서 한국의 강점을 유지하기 위해 정부와 주요 배터리 기업 주도로 2030년까지 20조 원을 공동 투자해 전고체 배터리 등 첨단 배터리 기술을 개발하고 2025년부터 상업 생산에 착수한다고 발표했습니다.
유럽과 미국에서는 리튬 금속 음극 애플리케이션 개발을 위해 산화물 고체 전해질 경로가 주로 선택됩니다. 중국에서는 세 가지 고체 전해질 경로가 모두 마련되었습니다. 중국은 전고체 배터리를 개발하는 동시에 기존 산업에 더 친화적인 반고체 배터리 개발도 활발히 진행하고 있습니다.
요약
기존 리튬 배터리의 업그레이드인 전고체 배터리는 전해질과 전극 소재를 대체함으로써 더 높은 에너지 밀도, 더 나은 안전성, 공정 최적화를 위한 더 넓은 공간, 더 강력한 유연성을 확보하여 차세대 리튬 배터리의 이상적인 형태로 자리 잡았습니다.
지금까지 세 가지 고체 전해질은 각각의 장단점이 있으며 이론만큼 좋은 전해질은 없습니다. 또한 대규모 생산이 부족하여 전고체 배터리의 비용이 크게 증가했습니다.
그러나 시간이 흐르고 기술이 발전함에 따라 전고체 배터리가 점차 확산되어 다양한 분야에서 기존의 액체 리튬 배터리를 점차 대체할 것이라고 믿을 수 있습니다.