le secteur des batteries à semi-conducteurs regorge de pionniers
2024-09-14
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
liu xiaolin, journaliste à l'observateur économique combien d’années faudra-t-il pour produire en série ? cette proposition normale dans le domaine des véhicules à énergie nouvelle s'est récemment tournée vers la forme ultime de batteries de puissance pour véhicules : les batteries à semi-conducteurs. au début de l'année, ouyang minggao, académicien de l'académie chinoise des sciences et professeur à l'université tsinghua, a déclaré que « les batteries entièrement solides constituent une menace et un défi auquel nous sommes confrontés. les avantages de l'industrie chinoise des batteries pourraient être annulés parce que. des pays comme les états-unis, le japon et la corée du sud prennent la tête de la production de masse de batteries entièrement solides. après l’avertissement de risque, le calendrier de production de masse de batteries solides est devenu l’information la plus surveillée du nouveau. dans le domaine énergétique, l’ensemble des fabricants chinois de batteries ont également montré une tendance à courir contre la montre pour mettre en production en premier les batteries à semi-conducteurs.
au cours des cinq mois d'avril à septembre, les entreprises chinoises ont continué de publier des informations sur les résultats de la recherche et du développement et sur les délais de production en série des batteries à semi-conducteurs, donnant ainsi le coup d'envoi à la compétition de commercialisation qui était censée démarrer en 2027 plus tôt que prévu. bien qu'ouyang minggao ait récemment souligné à nouveau que la commercialisation des batteries à semi-conducteurs prendra du temps et que la production de masse à grande échelle prendra au moins cinq ans, le calendrier donné par les fabricants de batteries et les constructeurs automobiles montre que cela ne prend pas si longtemps et ne peut pas attendre. . si longtemps.
en mai, saic a annoncé qu'elle avait entamé un compte à rebours de 500 jours avant la production en masse de batteries entièrement solides qui seront produites en série et installées dans les véhicules en 2026. il s'agit de la première production de masse. calendrier de production des batteries à semi-conducteurs ; en tant que leader dans le domaine des batteries, catl se concentre fortement sur les batteries entièrement à semi-conducteurs. l'attitude à l'égard des progrès de la recherche et du développement des batteries a également changé, passant d'une attitude discrète à une révélation proactive. elle atteindra le niveau de production en petits lots en 2027" ; fin août, la société de batteries non leader penghui energy a lancé un produit de batterie entièrement solide, et l'expression "une percée majeure dans le domaine des batteries entièrement solides " a fait grimper le cours de l'action de manière continue. deux « limites quotidiennes de 20 cm » ; début septembre, weilan new energy a annoncé que « les batteries au sulfure (à l'état solide) auront des ventes cette année », ce qui a enthousiasmé les experts ; dans le domaine des batteries matériaux, de nombreuses entreprises ont annoncé avoir développé différents électrolytes à semi-conducteurs (la partie centrale des batteries à semi-conducteurs) a terminé les tests pilotes et a réalisé un approvisionnement en petit volume. lors de la power battery conference du 1er septembre, les batteries à semi-conducteurs sont devenues. le protagoniste pour la première fois, suscitant des discussions, et la popularité du marché des capitaux a rendu le sujet plus brûlant... …
stimulées par le « démarrage rapide » des entreprises chinoises, les entreprises japonaises ont continué à reporter la production de masse de batteries à semi-conducteurs. récemment, toyota a pris les devants en fixant le dernier rythme de production de masse à 2026. les équipes de recherche scientifique européennes et américaines et les fournisseurs de matériaux pour batteries rendent également compte en permanence des derniers progrès en matière de recherche et de développement sur les batteries à semi-conducteurs. les entreprises étrangères sont impatientes de saisir cette opportunité et d’utiliser les batteries à semi-conducteurs comme un tournant décisif pour inverser le paysage concurrentiel mondial des véhicules à énergies nouvelles. toutes les informations montrent que la distance entre les batteries à semi-conducteurs, du laboratoire à la chaîne de production, ne cesse de se raccourcir.
cependant, la technologie utilisée par la chine pour prendre une longueur d'avance n'est pas la batterie à semi-conducteurs la plus révolutionnaire sur le plan technologique, mais la « batterie semi-solide » en tant que technologie de transition. depuis cette année, de nombreux constructeurs automobiles tels que saic, nio et gac ont installé des batteries semi-solides dans leurs voitures neuves et en ont fait la promotion comme arguments de vente. mais la différence indique que les batteries chinoises risquent toujours d’être détournées de la technologie entièrement solide. "en effet, la force de la chine réside dans la vitesse de son industrialisation", a déclaré han liang (pseudonyme), cadre dans une entreprise nationale de batteries. éviter les lacunes de la recherche sur les matériaux de base, tirer parti de l'énorme marché et de la chaîne industrielle pour parvenir à l'industrialisation le plus tôt possible et réaliser des mises à niveau technologiques itératives au cours de l'industrialisation : telle est la stratégie de la chine pour prendre une longueur d'avance dans le domaine des batteries à semi-conducteurs.
mais d'un autre côté, le compte à rebours pour la production de masse de batteries entièrement solides dans trois ans a commencé. la valeur commerciale de la production de masse semi-solide, la rationalité de l'efficacité des investissements et la manière de surmonter les difficultés techniques de la production de masse. les batteries entièrement solides présentent toutes des risques inévitables. plus important encore, la restructuration de l'immense chaîne industrielle chinoise des batteries provoquée par les batteries à semi-conducteurs, ainsi que les problèmes de subversion internes au niveau de l'industrie, tels que la destination des batteries liquides, nécessitent des solutions rapides.
compte à rebours vers la production de masse
les batteries à semi-conducteurs, comme leur nom l’indique, sont des batteries qui utilisent des électrolytes solides. les batteries au lithium liquide traditionnelles sont principalement composées de quatre éléments clés : électrode positive, électrode négative, électrolyte et séparateur. les batteries à semi-conducteurs remplacent l'électrolyte liquide et le séparateur des batteries au lithium liquide traditionnelles par des électrolytes solides et utilisent de nouveaux matériaux d'électrodes positives et négatives. l'application de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies permettra aux batteries à semi-conducteurs d'avoir une sécurité élevée, une densité énergétique élevée, des vitesses de charge et de décharge plus rapides et une grande adaptabilité à la température dans une taille plus petite. parmi eux, seul l'avantage de réduire considérablement les risques de fuite et d'explosion des batteries suffit à réécrire la valeur des véhicules à énergies nouvelles.
par conséquent, les batteries à semi-conducteurs sont désormais reconnues comme le premier choix pour les batteries de nouvelle génération. le japon, la corée du sud, l’europe et les états-unis ont placé le développement des batteries à semi-conducteurs au sommet de leurs stratégies industrielles nationales. parmi eux, représenté par des sociétés telles que toyota et panasonic, le japon a commencé à développer des batteries à semi-conducteurs il y a trente ans déjà. les batteries coréennes ont également coopéré avec des entreprises européennes et américaines et ont investi très tôt dans la recherche et le développement de batteries à semi-conducteurs. la chine a lancé la recherche et le développement de batteries à semi-conducteurs il y a dix ans. bien que le nombre de demandes de brevet de batteries à semi-conducteurs ait augmenté rapidement au cours des cinq dernières années, il reste à la traîne du japon et de la corée du sud en termes de nombre total. de brevets.
"la production massive de batteries à semi-conducteurs, en particulier de batteries entièrement solides, est liée à la bataille pour la domination technologique." li zheng, co-fondateur et directeur général de qingtao energy, a déclaré que celui qui se lancera en premier dans la production de masse déterminera qui détiendra la domination technologique lors de la prochaine étape de la concurrence pour les véhicules à énergies nouvelles. en d’autres termes, la capacité de la chine, qui représente 60 % des expéditions mondiales de batteries électriques, de continuer à maintenir son avantage concurrentiel dans le domaine des véhicules à énergies nouvelles est étroitement liée à la vitesse de commercialisation, à la solidité technique et à la maturité de la chaîne industrielle des batteries solides. batteries d'état.
ce sentiment de crise est également la principale raison pour laquelle les batteries à semi-conducteurs en chine décollent cette année. indépendamment des instituts de recherche, des chaînes industrielles de batteries et des constructeurs automobiles, ils choisissent tous d'utiliser le marché plutôt que les laboratoires et utilisent des batteries semi-solides pour prendre la tête de la production de masse afin de saisir la position de la nouvelle piste et de prendre la tête. premier pas vers l’industrialisation des batteries entièrement solides.
en mai de cette année, lors du salon new energy ten year achievements du groupe saic, qingtao energy, une entreprise de batteries à semi-conducteurs relevant de saic, est devenue le protagoniste. qingtao a non seulement annoncé qu'elle livrerait par lots la version lightyear de première génération de semi-solides. -batteries à semi-conducteurs pour zhiji l6 cette année, mais a également annoncé qu'en 2025 à partir de 2020, ses produits à semi-conducteurs seront largement installés sur les modèles purement électriques et hybrides de la propre marque de saic, et les batteries entièrement à semi-conducteurs seront officiellement commercialisées en masse. -produit en 2026. il s’agit à ce jour de la production de masse de batteries entièrement solides la plus rapide en chine.
selon la diminution progressive de la teneur en électrolyte liquide, le chemin de développement des batteries à l'état solide peut être grossièrement divisé en semi-solides (5-10 en poids %), quasi-solides (0-5 en poids %), entièrement solides (0 en poids %). et d'autres étapes, parmi lesquelles l'utilisation semi-solide et quasi-solide. les électrolytes sont tous des électrolytes mixtes solide-liquide. selon le plan, la production en série de batteries à semi-conducteurs de saic sera réalisée en trois étapes : dans la première étape, la teneur en liquide de l'électrolyte sera réduite à 19 % ; 5 % ; dans la troisième étape, il sera réduit à seulement 1 % ;
l'idée d'industrialisation de saic est d'utiliser la production de masse progressive de la technologie des batteries à semi-conducteurs au cours des deux premières étapes et de s'appuyer sur l'énorme échelle industrielle de saic pour développer une nouvelle chaîne industrielle en amont et en aval, en particulier la fourniture en amont de matériaux clés et d'équipements de base. , etc., et combiné à l'opportunité de la marque indépendante du groupe saic de développer la technologie des batteries à semi-conducteurs à grande échelle, il peut réaliser la mise à niveau de l'ensemble de la chaîne industrielle, puis réaliser la production en série de batteries entièrement à semi-conducteurs. .
c’est également l’avis de la plupart des constructeurs automobiles. jusqu'à présent, les principaux constructeurs automobiles, ainsi que les fabricants de batteries représentés par catl, funeng technology, guoxuan hi-tech et xinwangda, tianqi lithium, yiwei lithium, ganfeng lithium et huineng technology. les fabricants de matériaux pour batteries au lithium représentés par la société ont a annoncé le rythme de lancement des produits liés aux batteries à semi-conducteurs. en outre, le rythme de production de masse des startups de batteries à semi-conducteurs telles que tailan, weilan et qingtao a également attiré beaucoup d'attention.
atteindre le tout à l’état solide par étapes est également une voie courante pour les fabricants nationaux de batteries. un initié de funeng technology a déclaré que funeng technology achèvera la production des batteries semi-solides aux batteries de puissance à l'état solide au cours des 5 à 10 prochaines années, au cours desquelles elle subira trois mises à niveau technologiques. parmi elles, la première génération de batteries semi-solides à emballage souple a été produite en série en 2021. plus tard, funeng technology lancera les produits améliorés de deuxième et troisième génération de batteries semi-solides, réduisant progressivement la teneur en électrolyte liquide et améliorant les performances des cellules de la batterie. pour améliorer la sécurité, des batteries entièrement solides ont finalement été introduites.
batteries semi-solides : les produits semi-finis ou la voie incontournable
cependant, à en juger par la prévision générale selon laquelle les batteries entièrement solides seront produites en petits lots en 2027, le cycle économique des batteries semi-solides semble n'être que de trois ans. dans un cycle d’application aussi court, la valeur commerciale des batteries semi-solides est-elle élevée ?
en fait, l’industrie n’est pas sans controverse quant à la rationalité de la production de masse de technologies de batteries semi-solides. du point de vue des performances, la principale caractéristique des batteries semi-solides est que l'électrolyte contient une certaine proportion de liquide et n'est pas complètement solide. par rapport aux batteries à énergie liquide, les batteries semi-solides ont de meilleures performances en termes de kilométrage et de coût, et elles ont également des capacités d'acupuncture et une durée de vie améliorées. prenons comme exemple la version qingdao tao guangnian de la batterie semi-solide ci-dessus. elle a une densité énergétique de plus de 300 wh/kg (la densité énergétique actuelle des batteries à énergie liquide est comprise entre 100 wh/kg et 250 wh/kg). une autonomie de plus de 1 000 kilomètres et peut être chargée en 12 minutes chargez jusqu'à 400 kilomètres. le plus important est qu'actuellement, les batteries semi-solides choisissent généralement la voie polymère, qui peut tirer le meilleur parti des processus et équipements de production de batteries existants, et que la difficulté et le coût de production sont dans une plage contrôlable.
les professionnels estiment que la production massive de batteries semi-solides est due au fait que les performances des batteries lithium-ion liquide existantes ont atteint la limite supérieure, ce qui n'est pas exact. han liang a déclaré : « la technologie des batteries au lithium-ion est loin d'être mature. elle n'a formé une énorme industrie que sous l'effet combiné des politiques macroéconomiques, des stratégies nationales, des crises environnementales, des attentes du marché et d'autres facteurs. selon lui, le lithium-ion liquide. il existe en effet un conflit potentiel entre les batteries semi-solides.
han liang préfère considérer l'état semi-solide comme une amélioration des batteries liquides à ce stade. « du point de vue technique de mise en œuvre, l'état semi-solide et l'état solide complet sont essentiellement deux routes différentes. pour donner un exemple qui n'est peut-être pas approprié, l'état semi-solide est comme une conduite assistée qui est infiniment proche de l3, mais elle est fondamentalement différent de la conduite intelligente l3.
selon les données de la china automotive power battery industry innovation alliance, au cours des cinq premiers mois de 2024, la capacité installée nationale de batteries semi-solides a atteint 1 621,8 mwh. l’industrie considère 2024 comme la veille d’une production de masse à grande échelle de batteries semi-solides et prévoit que les expéditions mondiales de batteries à semi-solides atteindront 38 gwh et 509 gwh en 2025 et 2030 respectivement.
li zheng a déclaré qu'en termes de technologie des batteries, l'écart entre les entreprises mondiales n'est pas grand et qu'elles sont au même stade technologique. les avantages des batteries électriques chinoises se reflètent principalement dans l’ampleur de leur utilisation et leur part de marché.
disruption : le seuil technique difficile à franchir
"il y a dix ans, le japon, les états-unis, l'europe et la corée du sud ont commencé à promouvoir la production de masse de batteries à semi-conducteurs, mais c'était extrêmement difficile." selon li zheng, en raison des changements dans les matériaux de base, l'évolution des batteries traditionnelles vers les batteries à semi-conducteurs est confrontée au défi des changements technologiques et industriels.
sur cette base, le calendrier de commercialisation des batteries à l'état solide donné par ouyang minggao est le suivant : il est prévu que l'industrialisation des batteries semi-solides sera mise en œuvre en 2024, les produits de batteries entièrement solides seront déployés en 2027. , et les batteries à semi-conducteurs seront entièrement mises en production de masse en 2030, avec une valeur de production supérieure à 100 milliards de yuans. zeng yuqun, président de catl, a donné les progrès précis de catl : si nous utilisons les chiffres 1 à 9 pour évaluer la maturité technologique des batteries à semi-conducteurs, catl est actuellement au niveau 4. il n'a fait que quelques échantillons d'appareils et mené des expériences. vérifications.
"résolvez d'abord le problème de l'électrolyte, résolvez le problème de l'électrode négative, puis résolvez le problème de l'électrode positive. rien ne presse." lors du « dialogue haut de gamme de la conférence mondiale sur les batteries d'énergie 2024 », ouyang minggao a souligné qu'il existe encore de nombreuses difficultés techniques que les batteries à semi-conducteurs doivent surmonter, et qu'elles doivent être réalisées étape par étape et ne peuvent pas poursuivre aveuglément la vitesse.
sun xueliang, académicien étranger de l'académie chinoise d'ingénierie, a également déclaré qu'il existe encore de nombreux défis dans la technologie des batteries à semi-conducteurs, parmi lesquels les électrolytes comprennent les sulfures, les oxydes, les polymères et d'autres voies techniques. ou développer de nouveaux électrolytes ? ces problèmes doivent tous être résolus.
changer l'électrolyte de « liquide » à « solide » est le plus grand défi. du développement réussi d'un échantillon en laboratoire à la production en série de batteries à semi-conducteurs offrant des performances conformes aux normes sur la chaîne de production et pouvant être installées dans des véhicules, les défis sont tout aussi énormes.
selon les différents électrolytes, les filières technologiques des batteries à semi-conducteurs sont principalement divisées en trois grandes catégories, à savoir les batteries à semi-conducteurs polymères, les batteries à semi-conducteurs à oxyde et les batteries à semi-conducteurs au sulfure. il n’existe actuellement aucune compréhension mondiale unifiée sur la voie technique la plus appropriée en tant que technologie dominante pour les batteries à semi-conducteurs.
plus précisément, les constructeurs automobiles japonais tels que toyota, honda et nissan, et les fabricants coréens de batteries tels que lg, samsung et ski ont tous adopté la technologie du sulfure. cette voie est difficile à produire en série, ce qui a conduit toyota à reporter la date initiale de production en série à 2030. les start-up technologiques américaines sont les principaux partenaires des constructeurs automobiles allemands et sont présentes dans les sulfures, les oxydes et les polymères. la corée du sud développe également des technologies parallèles pour les oxydes et les sulfures. les entreprises chinoises explorent également diverses voies.
en termes de matériaux d'électrode positive, les choix de batteries à semi-conducteurs sont également diversifiés. d'un point de vue industriel, l'électrode positive actuelle comprend principalement du ternaire haute tension à haute teneur en nickel, à base de manganèse riche en lithium et du nickel ultra-haute teneur en nickel. manganate de lithium-nickel et autres matériaux. les matériaux d'électrodes négatives à base de silicium et de lithium métallique sont les principaux. si la diversification des matériaux élargit la sélectivité des batteries à semi-conducteurs, elle entraîne également une incertitude quant aux coûts et aux cycles de recherche et développement.
à cette fin, ouyang minggao a spécifiquement souligné que la technologie de l'ia jouerait un rôle important dans la recherche et le développement de batteries à semi-conducteurs. "l'efficacité du criblage des grands modèles d'ia est en effet beaucoup plus élevée. il peut filtrer des formules plus réalisables pour la vérification expérimentale et réduire les détours dans le processus de r&d." han liang a déclaré que les centres de r&d aux états-unis utilisent déjà la technologie de l'ia, "mais l'ensemble de l'ia la technologie en est encore à ses balbutiements et le modèle lui-même n'est pas encore suffisamment mature en raison d'une saisie de données insuffisante. il faudra un certain temps avant de pouvoir véritablement l'appliquer.
outre les matériaux, les batteries à semi-conducteurs sont également confrontées à de nouveaux défis dans les processus de production. parmi eux, la préparation d'électrolytes d'oxyde nécessite des températures élevées supérieures à 900°c, et la préparation d'électrolytes sulfurés nécessite que l'environnement d'assemblage garantisse une température inférieure à moins 60°c. zeng yuqun a déclaré que bien que catl ait actuellement produit certains échantillons d'appareils, "l'utilisation de ces appareils présente de nombreuses conditions limites, telles que l'obtention de performances élevées à basse température à 6 000 atmosphères. cela signifie que ces appareils ne sont pas encore disponibles sur le marché". application."
"l'industrialisation des batteries entièrement solides est extrêmement difficile. elle nécessite non seulement des percées dans les problèmes de science des matériaux, mais nécessite également de l'innovation dans les équipements de traitement et la mise en place d'une nouvelle chaîne industrielle, a déclaré li zheng. " établir une nouvelle chaîne industrielle, y compris la réalisation d'applications de matériaux électrolytiques à l'état solide, la reconstruction des nouvelles industries de cathodes et de matériaux cathodiques, ainsi que le nouveau développement et l'investissement dans les processus et équipements de production de batteries.
le coût est un autre goulot d’étranglement dans la production de masse de batteries à semi-conducteurs. le matériau de l’électrode négative utilisé dans les batteries à semi-conducteurs est le lithium métallique, et le prix du lithium est bien plus élevé que celui du graphite. actuellement, le coût de fabrication des batteries entièrement solides est 4 à 25 fois supérieur à celui des batteries lithium-ion.
dans l’ensemble, il existe des goulots d’étranglement non résolus dans l’ensemble du processus des batteries à semi-conducteurs, du laboratoire à la chaîne de production, en termes de recherche et développement de matériaux, de processus de production, de coûts et d’autres aspects. "nous nous efforçons de démarrer l'industrialisation en 2027, et elle peut être appliquée à petite échelle dans certains domaines émergents qui ne sont pas sensibles aux coûts. la première application ne sera pas nécessairement une voiture, mais peut aussi être un avion à basse altitude." han liang a dit sans détour.
les informations fournies par les entreprises montrent que le goulot d'étranglement lié à l'industrialisation des batteries entièrement solides est un problème qui doit être résolu avant la production de masse. selon les informations divulguées par saic qingtao, sur la base de la simplification et de l'innovation des matériaux et des processus, la batterie entièrement solide développée par saic qingtao peut réduire le coût unitaire de l'extrémité de la cellule à l'extrémité du pack jusqu'à 40 %. avec les batteries liquides, cela présentera des avantages de coût très évidents.
zhang jinhui, chercheur chez xinchen information, a rappelé qu'il y aura un grand écart entre les échantillons de laboratoire et les produits réels fabriqués en série. le rendement et la stabilité seront un défi majeur pour les batteries à semi-conducteurs après la production de masse.
il convient de mentionner que du point de vue de l'industrie des batteries, si les batteries à énergie liquide se retirent du courant dominant de la technologie, le modèle d'investissement dans la chaîne industrielle des batteries changera également.
à cet égard, ouyang minggao a déclaré : « pour l'industrie chinoise des batteries, étant donné que la chaîne industrielle existante basée sur les batteries liquides est déjà assez grande et mature, la configuration des batteries entièrement solides nécessite un consensus suffisant.
la révolution technologique est toujours le principal moteur des nouvelles révolutions industrielles et des nouveaux modèles économiques. mais derrière chaque révolution technologique perturbatrice, une chaîne industrielle mature sera également confrontée à des perturbations. la subversion de la chaîne industrielle des moteurs à combustion interne par les véhicules à énergies nouvelles en est un exemple typique. il est prévisible qu'au cours des 5 à 10 prochaines années, avec la production de masse de batteries à semi-conducteurs, la reconstruction de la chaîne industrielle existante des batteries de puissance apparaîtra progressivement.
(source : réseau d’observateurs économiques)
