auf dem markt für festkörperbatterien wimmelt es von spitzenreitern
2024-09-14
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wirtschaftsbeobachter-reporter liu xiaolin wie viele jahre wird es bis zur massenproduktion dauern? dieser normale vorschlag im bereich der fahrzeuge mit neuer energie hat sich in letzter zeit der ultimativen form von fahrzeugbatterien zugewandt – festkörperbatterien. zu beginn des jahres erklärte ouyang minggao, akademiker der chinesischen akademie der wissenschaften und professor an der tsinghua-universität, dass „feststoffbatterien eine bedrohung darstellen und die vorteile der chinesischen batterieindustrie möglicherweise zunichte gemacht werden.“ länder wie die vereinigten staaten, japan und südkorea übernehmen die führung bei der massenproduktion von festkörperbatterien. nach der risikowarnung ist der zeitplan für die massenproduktion von festkörperbatterien zur am häufigsten beobachteten information in der neuen welt geworden auch die gesamten chinesischen batterieunternehmen tendieren dazu, gegen die zeit zu kämpfen und zuerst festkörperbatterien in produktion zu nehmen.
in den fünf monaten von april bis september veröffentlichten chinesische unternehmen weiterhin neuigkeiten zu forschungs- und entwicklungsergebnissen und zur zeit der massenproduktion von festkörperbatterien und starteten damit den kommerzialisierungswettbewerb, der 2027 beginnen sollte, früher als geplant. obwohl ouyang minggao kürzlich noch einmal betonte, dass die kommerzialisierung von festkörperbatterien zeit brauchen wird und die massenproduktion in großem maßstab mindestens fünf jahre dauern wird, zeigt der von batterieherstellern und autokonzernen angegebene zeitplan, dass dies nicht so lange dauert und nicht warten kann . so lange.
im mai gab saic bekannt, dass ein countdown von 500 tagen bis zur massenproduktion von festkörperbatterien im jahr 2026 begonnen hat. dies ist die früheste massenproduktion produktionsplan für festkörperbatterien; als führendes unternehmen im bereich batterien legt catl einen starken fokus auf festkörperbatterien. es wird im jahr 2027 das niveau einer kleinserienproduktion erreichen“; ende august veröffentlichte das nicht führende batterieunternehmen penghui energy ein produkt aus reinen festkörperbatterien und der satz „ein großer durchbruch bei reinen festkörperbatterien“. " trieb den aktienkurs zu einem kontinuierlichen anstieg. zwei „20-cm-tageslimits“; anfang september gab weilan new energy bekannt, dass „sulfidbatterien (festkörperbatterien) in diesem jahr verkauft werden“, was experten begeisterte; auf dem gebiet der batterien auf der power battery conference am 1. september gaben viele unternehmen bekannt, dass sie verschiedene festkörperbatterien entwickelt haben der protagonist zum ersten mal, löste diskussionen aus und die popularität am kapitalmarkt hat das thema heißer gemacht... …
angeregt durch die „starthilfe“ chinesischer unternehmen haben japanische unternehmen die massenproduktion von festkörperbatterien weiter verschoben. vor kurzem hat toyota die führung übernommen, indem es das neueste tempo der massenproduktion im jahr 2026 vorsah. europäische und amerikanische wissenschaftliche forschungsteams und batteriemateriallieferanten berichten außerdem ständig über die neuesten fortschritte in der forschung und entwicklung von festkörperbatterien. ausländische unternehmen freuen sich darauf, die chance zu nutzen und festkörperbatterien als wendepunkt bei der umkehr der globalen wettbewerbslandschaft von fahrzeugen mit neuer energie zu nutzen. alle informationen zeigen, dass die distanz zwischen festkörperbatterien vom labor bis zur produktionslinie immer kürzer wird.
allerdings ist die technologie, die china nutzt, um sich einen vorsprung zu verschaffen, nicht die technologisch disruptivste festkörperbatterie, sondern die „halbfestkörperbatterie“ als übergangstechnologie. seit diesem jahr haben viele automobilhersteller wie saic, nio und gac halbfestkörperbatterien in neuwagen eingebaut und diese als verkaufsargumente beworben. der unterschied deutet jedoch darauf hin, dass chinesische batterien immer noch gefahr laufen, von der all-solid-state-technologie verdrängt zu werden. „tatsächlich liegt chinas stärke in der geschwindigkeit der industrialisierung“, sagte han liang (pseudonym), ein leitender angestellter eines inländischen batterieunternehmens. die mängel der grundlegenden materialforschung vermeiden, den riesigen markt und die industriekette nutzen, um die industrialisierung so früh wie möglich zu erreichen, und während der industrialisierung iterative technologie-upgrades erreichen – das ist chinas strategie, um bei festkörperbatterien einen schritt voraus zu sein.
andererseits hat der countdown zur massenproduktion von festkörperbatterien in drei jahren begonnen. der kommerzielle wert der halbfesten massenproduktion, die rationalität der investitionseffizienz und wie man die technischen schwierigkeiten überwinden kann festkörperbatterien sind unvermeidbare risiken. noch wichtiger ist, dass die durch festkörperbatterien verursachte umstrukturierung der riesigen chinesischen batterieindustriekette sowie die internen subversionsprobleme auf branchenebene, beispielsweise wohin flüssigbatterien gehen werden, schnelle lösungen erfordern.
countdown zur massenproduktion
festkörperbatterien sind, wie der name schon sagt, batterien, die feste elektrolyte verwenden. herkömmliche flüssiglithiumbatterien bestehen hauptsächlich aus vier schlüsselelementen: positive elektrode, negative elektrode, elektrolyt und separator. festkörperbatterien ersetzen den flüssigen elektrolyten und separator in herkömmlichen flüssigen lithiumbatterien durch feste elektrolyte und verwenden neue positive und negative elektrodenmaterialien. der einsatz neuer materialien und neuer technologien ermöglicht festkörperbatterien eine hohe sicherheit, eine hohe energiedichte, schnellere lade- und entladegeschwindigkeiten und eine hohe temperaturanpassungsfähigkeit bei kleinerer größe. unter ihnen reicht nur der vorteil einer deutlichen reduzierung des risikos von batterielecks und -explosionen aus, um den wert von fahrzeugen mit neuer energie neu zu definieren.
daher gelten festkörperbatterien als erste wahl für batterien der nächsten generation. japan, südkorea, europa und die vereinigten staaten haben die entwicklung von festkörperbatterien auf den höhepunkt ihrer nationalen industriestrategien gesetzt. unter ihnen, vertreten durch unternehmen wie toyota und panasonic, begann japan bereits vor dreißig jahren mit der entwicklung von festkörperbatterien, kooperierte auch mit europäischen und amerikanischen unternehmen und investierte früh in die forschung und entwicklung von festkörperbatterien. china hat vor zehn jahren mit der forschung und entwicklung von festkörperbatterien begonnen. obwohl die zahl der patentanmeldungen für festkörperbatterien in china in den letzten fünf jahren stark zugenommen hat, liegt das land bei der gesamtzahl immer noch hinter japan und südkorea zurück von patenten.
„die massenproduktion von festkörperbatterien, insbesondere von festkörperbatterien, ist mit dem kampf um die technologische vorherrschaft verbunden.“ li zheng, mitbegründer und geschäftsführer von qingtao energy, sagte, wer zuerst in die massenproduktion geht, werde darüber entscheiden, wer in der nächsten phase des wettbewerbs um neue energiefahrzeuge die technologische dominanz haben werde. mit anderen worten: ob china, auf das 60 % der weltweiten strombatterielieferungen entfallen, seinen wettbewerbsvorteil im bereich der fahrzeuge mit neuer energie weiterhin aufrechterhalten kann, hängt eng mit der kommerzialisierungsgeschwindigkeit, der technischen stärke und der reife der industriekette von feststoffbatterien zusammen. zustandsbatterien.
dieses krisengefühl ist auch der hauptgrund dafür, dass chinas festkörperbatterien in diesem jahr durchstarten. unabhängig von forschungseinrichtungen, kettenunternehmen der batterieindustrie und fahrzeugherstellern entscheiden sie sich alle dafür, den markt anstelle von labors zu nutzen und halbfestkörperbatterien zu verwenden, um die führung in der massenproduktion zu übernehmen, die position der neuen spur zu übernehmen und die zu übernehmen erster schritt zur industrialisierung von festkörperbatterien.
im mai dieses jahres wurde qingtao energy, ein festkörperbatterieunternehmen unter saic, auf der new energy ten year achievements exhibition zum protagonisten und kündigte nicht nur an, dass es die lightyear-version der ersten generation von halbfestbatterien in serie liefern würde -state-batterien für zhiji l6 in diesem jahr, kündigte aber auch an, dass im jahr 2025 ab 2020 seine solid-state-produkte in großem umfang in reinen elektro- und hybridmodellen der saic-eigenmarke verbaut werden und all-solid-state-batterien offiziell in massenware erhältlich sein werden -hergestellt im jahr 2026. dies ist die bisher schnellste massenproduktion von festkörperbatterien in china.
entsprechend der allmählichen abnahme des gehalts an flüssigem elektrolyt kann der entwicklungspfad von festkörperbatterien grob in halbfeste (5–10 gew.-%), quasi-feste (0–5 gew.-%) und vollständig feste (0 gew.-%) unterteilt werden. und andere stufen, darunter halbfeste und quasi-feste elektrolyte, sind alle gemischte fest-flüssig-elektrolyte. dem plan zufolge wird die massenproduktion der festkörperbatterien von saic in drei schritten erfolgen. in der ersten stufe wird der flüssigkeitsgehalt im elektrolyten auf 19 % reduziert; 5 %, in der dritten stufe wird sie auf nur noch 1 % reduziert.
die industrialisierungsidee von saic besteht darin, die schrittweise massenproduktion der festkörperbatterietechnologie in den ersten beiden phasen zu nutzen und sich auf die enorme industrielle größe von saic zu verlassen, um eine neue vor- und nachgelagerte industriekette aufzubauen, insbesondere die vorgelagerte lieferung von schlüsselmaterialien und kernausrüstung , usw. zulieferer, und kombiniert mit der möglichkeit der unabhängigen marke der saic group, festkörperbatterietechnologie in großem maßstab zu entwickeln, kann die modernisierung der gesamten industriekette erreicht werden und dann die massenproduktion von festkörperbatterien erreicht werden .
dies ist auch die denkweise der meisten fahrzeughersteller. bisher sind mainstream-fahrzeughersteller sowie batteriehersteller vertreten durch catl, funeng technology, guoxuan hi-tech und xinwangda, tianqi lithium, yiwei lithium, ganfeng lithium und huineng technology. die vom unternehmen vertretenen hersteller von lithiumbatteriematerialien haben kündigte den startrhythmus von produkten im zusammenhang mit festkörperbatterien an. darüber hinaus hat auch das tempo der massenproduktion von festkörperbatterie-startups wie tailan, weilan und qingtao große aufmerksamkeit erregt.
die schrittweise erreichung von all-solid-state-batterien ist auch ein gängiger weg für inländische batteriehersteller. ein insider von funeng technology sagte, dass funeng technology die produktentwicklung von halbfestkörperbatterien zu festkörperbatterien in den nächsten 5 bis 10 jahren abschließen und dabei drei technologische upgrades durchführen werde. darunter wurde im jahr 2021 die erste generation weich gepackter halbfester batterien in massenproduktion hergestellt. später wird funeng technology die verbesserten produkte halbfester batterien der zweiten und dritten generation auf den markt bringen, wobei der gehalt an flüssigem elektrolyt schrittweise reduziert und verbessert wird um die leistung der batteriezellen zu verbessern, wurden schließlich festkörperbatterien eingeführt.
halbfestkörperbatterien: halbzeuge oder der unvermeidliche weg
geht man jedoch von der allgemeinen prognose aus, dass vollfestkörperbatterien im jahr 2027 in kleinserienproduktion gehen werden, scheint der geschäftszyklus von halbfestkörperbatterien nur drei jahre zu betragen. ist der kommerzielle wert von halbfestkörperbatterien in einem so kurzen anwendungszyklus hoch?
tatsächlich ist die branche nicht ohne kontroversen hinsichtlich der rationalität der massenproduktion der halbfesten batterietechnologie. aus leistungssicht besteht das größte merkmal halbfester batterien darin, dass der elektrolyt einen gewissen flüssigkeitsanteil aufweist und nicht vollständig fest ist. im vergleich zu flüssigbatterien weisen halbfeste batterien eine bessere leistung in bezug auf laufleistung und kosten auf, außerdem verfügen sie über verbesserte akupunkturfähigkeiten und zyklenlebensdauer. nehmen sie als beispiel die qingdao tao guangnian-version der oben genannten halbfesten batterie. sie hat eine energiedichte von mehr als 300 wh/kg (die aktuelle energiedichte von flüssigbatterien liegt zwischen 100 wh/kg und 250 wh/kg). eine akkulaufzeit von mehr als 1.000 kilometern und eine ladezeit von bis zu 400 kilometern. das wichtigste ist, dass halbfestbatterien derzeit im allgemeinen die polymerroute wählen, wodurch die vorhandenen batterieproduktionsprozesse und -ausrüstungen optimal genutzt werden können und die produktionsschwierigkeiten und -kosten in einem kontrollierbaren bereich liegen.
fachleute glauben, dass die massenproduktion halbfester batterien darauf zurückzuführen ist, dass die leistung bestehender flüssiger lithium-ionen-batterien die obergrenze erreicht hat, was nicht korrekt ist. han liang sagte: „die lithium-ionen-batterietechnologie ist noch lange nicht ausgereift. sie hat sich nur durch die kombinierte wirkung von makropolitik, nationalen strategien, umweltkrisen, markterwartungen und anderen faktoren zu einer riesigen industrie entwickelt.“ es besteht tatsächlich ein potenzieller konflikt zwischen halbfesten batterien.
han liang betrachtet den halbfesten zustand derzeit lieber als eine verbesserung von flüssigbatterien. „aus technischer sicht sind der halbfeste zustand und der vollständige feste zustand im wesentlichen zwei verschiedene wege. um ein vielleicht unpassendes beispiel zu nennen: der halbfeste zustand ist wie ein unterstütztes fahren, das l3 unendlich nahe kommt, es aber ist unterscheidet sich wesentlich vom intelligenten fahren der stufe l3.
nach angaben der china automotive power battery industry innovation alliance erreichte die inländische installierte kapazität halbfester batterien in den ersten fünf monaten des jahres 2024 1.621,8 mwh. die branche bezeichnet das jahr 2024 als den vorabend der groß angelegten massenproduktion von halbfestkörperbatterien und prognostiziert, dass die weltweiten lieferungen von festkörperbatterien im jahr 2025 bzw. 2030 38 gwh bzw. 509 gwh erreichen werden.
li zheng sagte, dass in bezug auf die batterietechnologie die kluft zwischen globalen unternehmen nicht groß sei und sie sich auf dem gleichen technologischen stand befänden. die vorteile der chinesischen energiebatterien spiegeln sich vor allem im umfang der nutzung und im marktanteil wider.
störung: die technische schwelle, die schwer zu durchbrechen ist
„vor zehn jahren begannen japan, die usa, europa und südkorea, die massenproduktion von festkörperbatterien voranzutreiben, aber das war äußerst schwierig.“ nach ansicht von li zheng steht die entwicklung von herkömmlichen batterien zu festkörperbatterien aufgrund der veränderungen bei den kernmaterialien vor der herausforderung technologischer und industrieller veränderungen.
auf dieser grundlage lautet der von ouyang minggao vorgelegte zeitplan für die kommerzialisierung von festkörperbatterien: es wird erwartet, dass die industrialisierung von halbfestkörperbatterien im jahr 2024 umgesetzt wird, vollfestkörperbatterieprodukte werden im jahr 2027 auf den markt gebracht , und festkörperbatterien werden im jahr 2030 vollständig in massenproduktion gehen und einen produktionswert von über 100 milliarden yuan haben. zeng yuqun, vorsitzender von catl, gab den genauen fortschritt von catl bekannt: wenn wir die zahlen 1 bis 9 verwenden, um die technologische reife von festkörperbatterien zu bewerten, befindet sich catl derzeit auf stufe 4. es wurden nur einige gerätemuster angefertigt und einige experimente durchgeführt überprüfungen.
„lösen sie zuerst das elektrolytproblem, lösen sie das problem der negativen elektrode und dann das problem der positiven elektrode. es gibt keine eile.“ beim „high-end-dialog der world power battery conference 2024“ betonte ouyang minggao, dass festkörperbatterien noch viele technische schwierigkeiten überwinden müssen, diese schritt für schritt erfolgen müssen und nicht blind nach geschwindigkeit streben können.
sun xueliang, ein ausländischer akademiker der chinesischen akademie für ingenieurwissenschaften, sagte auch, dass es in der festkörperbatterietechnologie immer noch viele herausforderungen gebe, darunter sulfide, oxide, polymere und andere technische wege oder neue elektrolyte entwickeln? diese probleme müssen angegangen werden.
die größte herausforderung besteht darin, den elektrolyten von „flüssig“ auf „fest“ umzustellen. von der erfolgreichen entwicklung eines musters im labor bis zur massenproduktion von festkörperbatterien mit erstklassiger leistung am fließband, die in fahrzeuge eingebaut werden können, sind die herausforderungen gleichermaßen groß.
je nach elektrolyt werden die routen der festkörperbatterietechnologie hauptsächlich in drei hauptkategorien unterteilt: polymer-festkörperbatterien, oxid-festkörperbatterien und sulfid-festkörperbatterien. derzeit gibt es kein einheitliches globales verständnis darüber, welcher technische weg besser als mainstream-technologie für festkörperbatterien geeignet ist.
insbesondere japanische automobilhersteller wie toyota, honda und nissan sowie koreanische batteriehersteller wie lg, samsung und ski haben die sulfidtechnologie übernommen. diese route ist schwer in massenproduktion herzustellen, was toyota dazu veranlasste, die ursprüngliche massenproduktionszeit auf 2030 zu verschieben. amerikanische start-up-technologieunternehmen sind die hauptpartner deutscher automobilhersteller und sind in den bereichen sulfide, oxide und polymere vertreten. südkorea entwickelt auch parallele oxid- und sulfidtechnologien. auch chinesische unternehmen erkunden verschiedene wege.
auch in bezug auf die materialien der positiven elektrode ist die auswahl an festkörperbatterien vielfältig. aus industrieller sicht umfasst die aktuelle positive elektrode hauptsächlich ternäre hochspannungsbatterien mit hohem nickelgehalt, lithiumreiche ternäre batterien auf manganbasis. lithium-nickel-manganat und andere materialien. negative elektrodenmaterialien sind siliziumbasis und lithiummetall. während diversifizierte materialien die selektivität von festkörperbatterien erweitern, bringen sie auch unsicherheit hinsichtlich der forschungs- und entwicklungskosten und -zyklen mit sich.
zu diesem zweck wies ouyang minggao ausdrücklich darauf hin, dass die ki-technologie eine wichtige rolle bei der forschung und entwicklung von festkörperbatterien spielen wird. „die effizienz des ki-großmodell-screenings ist in der tat viel höher. es kann praktikablere formeln für die experimentelle verifizierung herausfiltern und umwege im f&e-prozess reduzieren.“ han liang sagte, dass f&e-zentren in den vereinigten staaten bereits ki-technologie einsetzen, „aber.“ die gesamte ki-technologie steckt noch in den kinderschuhen und das modell selbst ist aufgrund unzureichender dateneingabe noch nicht ausgereift. es wird eine weile dauern, bis es wirklich angewendet werden kann.“
neben den materialien stehen festkörperbatterien auch bei den produktionsprozessen vor neuen herausforderungen. unter anderem erfordert die herstellung von oxidelektrolyten hohe temperaturen über 900 °c, und die herstellung von sulfidelektrolyten erfordert, dass die montageumgebung eine temperatur unter minus 60 °c gewährleisten muss. zeng yuqun sagte, dass catl zwar derzeit einige gerätemuster hergestellt habe, „für den einsatz dieser geräte gelten jedoch viele randbedingungen, wie zum beispiel das erreichen einer hohen tieftemperaturleistung bei 6.000 atmosphären. das bedeutet, dass diese geräte noch nicht auf den markt kommen.“ anwendung."
„die industrialisierung von festkörperbatterien ist äußerst schwierig. sie erfordert nicht nur durchbrüche bei materialwissenschaftlichen problemen, sondern erfordert auch innovationen bei der prozessausrüstung und den aufbau einer neuen industriekette, die festkörperbatterien benötigen.“ aufbau einer neuen industriekette, einschließlich der realisierung von festkörperelektrolytmaterialien, des wiederaufbaus der neuen kathoden- und kathodenmaterialindustrien sowie der neuentwicklung und investition in batterieproduktionsprozesse und -ausrüstung.
die kosten sind ein weiterer engpass bei der massenproduktion von festkörperbatterien. das in festkörperbatterien verwendete negative elektrodenmaterial ist metallisches lithium, und der preis von lithium ist viel höher als der von graphit. derzeit betragen die herstellungskosten von festkörperbatterien das 4- bis 25-fache der herstellungskosten von lithium-ionen-batterien.
insgesamt gibt es im gesamten prozess der festkörperbatterien vom labor bis zur produktionslinie ungelöste engpässe in bezug auf materialforschung und -entwicklung, produktionsprozesse, kosten und andere aspekte. „wir streben den beginn der industrialisierung im jahr 2027 an, und sie kann in kleinem maßstab in einigen aufstrebenden bereichen angewendet werden, die nicht kostenempfindlich sind. die erste anwendung muss nicht unbedingt ein auto sein, sondern kann auch ein tiefflugflugzeug sein.“ sagte han liang unverblümt.
informationen von unternehmen zeigen, dass der industrialisierungsengpass bei festkörperbatterien ein problem ist, das vor der massenproduktion gelöst werden muss. nach angaben von saic qingtao können die von saic qingtao entwickelten festkörperbatterien aufgrund der vereinfachung und innovation von materialien und prozessen die stückkosten vom zellenende bis zum pack-ende um bis zu 40 % senken bei flüssigbatterien ergeben sich offensichtliche kostenvorteile.
zhang jinhui, ein forscher bei xinchen information, erinnerte daran, dass es eine große lücke zwischen laborproben und echten massenprodukten geben wird. ausbeute und stabilität werden nach der massenproduktion eine große herausforderung für festkörperbatterien sein.
es ist erwähnenswert, dass sich aus sicht der batterieindustrie auch das investitionsmuster in der batterieindustriekette ändern wird, wenn flüssigenergiebatterien aus dem mainstream der technologie zurücktreten.
in diesem zusammenhang sagte ouyang minggao: „da die bestehende industriekette auf basis von flüssigbatterien für chinas batterieindustrie bereits recht groß und ausgereift ist, erfordert das layout von festkörperbatterien einen ausreichenden konsens.“
die technologische revolution ist immer die größte treibende kraft für neue industrielle revolutionen und neue geschäftsmodelle. aber hinter jeder disruptiven technologischen revolution wird auch eine ausgereifte industriekette mit störungen konfrontiert sein. die subversion der verbrennungsmotoren-industriekette durch fahrzeuge mit neuer energie ist ein typisches beispiel. es ist absehbar, dass in den nächsten 5 bis 10 jahren mit der massenproduktion von festkörperbatterien schrittweise ein wiederaufbau der bestehenden industriekette für energiebatterien erfolgen wird.
(quelle: economic observer network)
