il percorso delle batterie a stato solido è affollato di favoriti
2024-09-14
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il giornalista dell'osservatore economico liu xiaolin quanti anni ci vorranno per la produzione di massa? questa proposta normale nel campo dei veicoli a nuova energia si è recentemente rivolta alla forma definitiva di batterie per l'alimentazione dei veicoli: le batterie allo stato solido. all’inizio dell’anno, ouyang minggao, accademico dell’accademia cinese delle scienze e professore all’università di tsinghua, ha dichiarato che “le batterie allo stato solido rappresentano una minaccia e la sfida che dobbiamo affrontare, perché i vantaggi dell’industria cinese delle batterie potrebbero essere vanificati paesi come stati uniti, giappone e corea del sud sono in testa alla produzione di massa di batterie allo stato solido”. dopo l’avvertimento sui rischi, il programma di produzione di massa delle batterie allo stato solido è diventato l’informazione più seguita nel nuovo settore energetico anche tutte le aziende cinesi produttrici di batterie hanno mostrato una tendenza alla corsa contro il tempo per mettere in produzione per prime le batterie allo stato solido.
nei cinque mesi da aprile a settembre, le aziende cinesi hanno continuato a diffondere notizie sui risultati di ricerca e sviluppo e sui tempi di produzione in serie delle batterie allo stato solido, dando il via in anticipo alla competizione per la commercializzazione che avrebbe dovuto iniziare nel 2027. sebbene ouyang minggao abbia recentemente sottolineato ancora una volta che la commercializzazione delle batterie allo stato solido richiederà tempo e che la produzione di massa su larga scala richiederà almeno cinque anni, il calendario fornito dai produttori di batterie e dalle case automobilistiche dimostra che non ci vuole così tanto tempo e non si può aspettare . così lungo.
a maggio, saic ha annunciato di aver avviato un conto alla rovescia di 500 giorni prima della produzione di massa di batterie interamente allo stato solido che saranno prodotte in serie e immesse nei veicoli nel 2026. questa è diventata la prima produzione di massa. programma di produzione per batterie allo stato solido; in qualità di leader nel settore delle batterie, catl si concentra fortemente sulle batterie allo stato solido. anche l'atteggiamento nei confronti del progresso della ricerca e dello sviluppo delle batterie è passato dall'essere a bocca aperta a rivelarlo in modo proattivo ". raggiungerà il livello di produzione in piccoli lotti nel 2027"; alla fine di agosto, la società non leader nel settore delle batterie penghui energy ha rilasciato un prodotto di batterie interamente allo stato solido e la frase "un importante passo avanti nelle batterie interamente allo stato solido " ha spinto il prezzo delle azioni a guadagnare continuamente. due "limiti giornalieri di 20 cm"; all'inizio di settembre, weilan new energy ha annunciato che "le batterie al solfuro (allo stato solido) verranno vendute quest'anno", cosa che ha entusiasmato gli esperti; nel campo delle batterie materiali, molte aziende hanno annunciato di aver sviluppato diversi materiali a stato solido l'elettrolita (la parte principale delle batterie a stato solido) ha completato i test pilota e ha ottenuto una fornitura in piccoli volumi alla power battery conference del 1 settembre, le batterie a stato solido sono diventate protagonista per la prima volta, scatenando la discussione, e la popolarità del mercato dei capitali ha reso l'argomento più caldo... …
stimolate dal “jump start” delle aziende cinesi, le aziende giapponesi hanno continuato a rinviare la produzione di massa di batterie allo stato solido. recentemente, toyota ha preso l’iniziativa di dare l’ultimo ritmo di produzione di massa nel 2026. anche i team di ricerca scientifica europei e americani e i fornitori di materiali per batterie riferiscono costantemente sugli ultimi progressi nella ricerca e nello sviluppo delle batterie a stato solido. le aziende straniere non vedono l’ora di cogliere l’opportunità e di utilizzare le batterie allo stato solido come spartiacque per invertire il panorama competitivo globale dei veicoli a nuova energia. tutte le informazioni mostrano che la distanza tra le batterie allo stato solido dal laboratorio alla linea di produzione si riduce costantemente.
tuttavia, la tecnologia utilizzata dalla cina per ottenere un vantaggio non è la batteria allo stato solido più tecnologicamente dirompente, ma la “batteria allo stato semi-solido” come tecnologia di transizione. da quest’anno, molte case automobilistiche come saic, nio e gac hanno installato batterie allo stato semi-solido nelle nuove auto e le hanno promosse come punti vendita. ma la differenza indica che le batterie cinesi corrono ancora il rischio di essere sostituite dalla tecnologia interamente a stato solido. "in effetti, la forza della cina risiede nella velocità dell'industrializzazione", ha affermato han liang (pseudonimo), dirigente di un'azienda nazionale di batterie. evitare le carenze della ricerca sui materiali di base, sfruttare l’enorme mercato e la catena industriale per raggiungere l’industrializzazione il prima possibile e ottenere aggiornamenti tecnologici iterativi durante l’industrializzazione: questa è la strategia della cina per superare la curva delle batterie a stato solido.
d'altra parte, è iniziato il conto alla rovescia verso la produzione di massa di batterie interamente allo stato solido in tre anni. il valore commerciale della produzione di massa semisolida, la razionalità dell'efficienza degli investimenti e come superare le difficoltà tecniche le batterie interamente allo stato solido rappresentano tutti rischi inevitabili. ancora più importante, la ristrutturazione dell’enorme catena industriale cinese delle batterie, determinata dalle batterie allo stato solido, così come le questioni di sovversione interna a livello di settore, come la destinazione delle batterie liquide, richiedono soluzioni rapide.
conto alla rovescia per la produzione di massa
le batterie allo stato solido, come suggerisce il nome, sono batterie che utilizzano elettroliti solidi. le tradizionali batterie al litio liquido sono composte principalmente da quattro elementi chiave: elettrodo positivo, elettrodo negativo, elettrolita e separatore. le batterie allo stato solido sostituiscono l'elettrolita liquido e il separatore nelle tradizionali batterie al litio liquido con elettroliti solidi e utilizzano nuovi materiali per elettrodi positivi e negativi. l’applicazione di nuovi materiali e nuove tecnologie consentirà alle batterie a stato solido di avere elevata sicurezza, elevata densità di energia, velocità di carica e scarica più elevate ed elevata adattabilità alla temperatura in dimensioni più ridotte. tra questi, solo il vantaggio di ridurre significativamente il rischio di perdite ed esplosioni delle batterie è sufficiente a riscrivere il valore dei veicoli a nuova energia.
pertanto, le batterie allo stato solido sono state riconosciute come la prima scelta per le batterie di prossima generazione. giappone, corea del sud, europa e stati uniti hanno posto lo sviluppo di batterie allo stato solido al culmine delle loro strategie industriali nazionali. tra questi, rappresentati da aziende come toyota e panasonic, il giappone ha iniziato a sviluppare batterie allo stato solido già trent'anni fa. le batterie coreane hanno collaborato anche con aziende europee e americane e hanno investito presto nella ricerca e nello sviluppo di batterie allo stato solido. la cina ha avviato la ricerca e lo sviluppo di batterie allo stato solido dieci anni fa. anche se negli ultimi cinque anni il numero di domande di brevetto per batterie allo stato solido è aumentato rapidamente, è ancora in ritardo rispetto al giappone e alla corea del sud in termini di numero totale. di brevetti.
"la produzione di massa di batterie allo stato solido, in particolare di batterie allo stato solido, è legata alla battaglia per il dominio tecnologico." li zheng, co-fondatore e direttore generale di qingtao energy, ha affermato che chiunque entrerà per primo nella produzione di massa determinerà chi avrà il dominio tecnologico nella fase successiva della competizione per i veicoli a nuova energia. in altre parole, il fatto che la cina, che rappresenta il 60% delle spedizioni globali di batterie elettriche, possa continuare a mantenere il proprio vantaggio competitivo nel campo dei veicoli a nuova energia è strettamente correlato alla velocità di commercializzazione, alla forza tecnica e alla maturità della catena industriale dei veicoli a energia solida. batterie statali.
questo senso di crisi è anche il motivo principale per cui quest’anno le batterie allo stato solido in cina stanno decollando. indipendentemente dagli istituti di ricerca, dalle aziende della catena industriale delle batterie e dalle aziende produttrici di veicoli, tutti scelgono di utilizzare il mercato anziché i laboratori e utilizzano batterie allo stato semi-solido per assumere un ruolo guida nella produzione di massa per cogliere la posizione della nuova pista e prendere il comando primo passo verso l’industrializzazione delle batterie interamente allo stato solido.
nel maggio di quest'anno, alla new energy ten year achievements exhibition del gruppo saic, qingtao energy, una società di batterie a stato solido controllata da saic, è diventata protagonista non solo ha annunciato che avrebbe consegnato in batch la versione lightyear di prima generazione di semi-solida batterie allo stato solido per zhiji l6 quest'anno, ma ha anche annunciato che nel 2025 a partire dal 2020, i suoi prodotti allo stato solido saranno ampiamente installati su modelli elettrici puri e ibridi del marchio saic e le batterie allo stato solido saranno ufficialmente di massa -prodotto nel 2026. questa è la produzione di massa più veloce di batterie allo stato solido finora in cina.
in base alla graduale diminuzione del contenuto di elettrolita liquido, il percorso di sviluppo delle batterie a stato solido può essere approssimativamente suddiviso in semisolide (5-10% in peso), quasi solide (0-5% in peso), completamente solide (0% in peso). e altre fasi tra questi, uso semisolido e quasi solido gli elettroliti sono tutti elettroliti solidi-liquidi misti. secondo il piano, la produzione in serie delle batterie allo stato solido di saic verrà effettuata in tre fasi: nella prima fase il contenuto di liquido nell'elettrolito verrà ridotto al 19%, nella seconda fase verrà ridotto al 19%. 5%; nella terza fase sarà ridotto solo all’1%.
l'idea di industrializzazione di saic è quella di utilizzare la graduale produzione di massa della tecnologia delle batterie a stato solido nelle prime due fasi e fare affidamento sull'enorme scala industriale di saic per coltivare una nuova catena industriale a monte e a valle, in particolare la fornitura a monte di materiali chiave, apparecchiature di base , ecc. fornitori e, combinato con l'opportunità del marchio indipendente del gruppo saic di sviluppare la tecnologia delle batterie allo stato solido su larga scala, può ottenere l'aggiornamento dell'intera catena industriale e quindi raggiungere la produzione di massa di batterie allo stato solido .
questo è anche il pensiero della maggior parte delle case automobilistiche. fino ad ora, le principali aziende automobilistiche, nonché i produttori di batterie rappresentati da catl, funeng technology, guoxuan hi-tech e xinwangda, tianqi lithium, yiwei lithium, ganfeng lithium e huineng technology. i produttori di materiali per batterie al litio rappresentati dall'azienda hanno ha annunciato il ritmo di lancio di prodotti legati alle batterie allo stato solido. inoltre, anche il ritmo di produzione di massa delle startup di batterie allo stato solido come tailan, weilan e qingtao ha attirato molta attenzione.
anche il raggiungimento graduale dello stato solido è un percorso comune per i produttori di batterie nazionali. un membro di funeng technology ha affermato che funeng technology completerà la produzione dalle batterie semi-solide alle batterie di potenza allo stato solido nei prossimi 5-10 anni, durante i quali subirà tre aggiornamenti tecnologici. tra questi, la prima generazione di batterie semisolide morbide è stata prodotta in serie nel 2021. successivamente, funeng technology lancerà i prodotti aggiornati di seconda e terza generazione di batterie semisolide, riducendo gradualmente il contenuto di elettrolita liquido e migliorando le prestazioni delle celle della batteria. per migliorare la sicurezza, furono finalmente introdotte batterie completamente allo stato solido.
batterie allo stato semisolido: prodotti semilavorati o il percorso inevitabile
tuttavia, a giudicare dalla previsione generale secondo cui le batterie allo stato solido verranno prodotte in piccoli lotti nel 2027, il ciclo economico delle batterie allo stato semi-solido sembra durare solo tre anni. in un ciclo applicativo così breve, il valore commerciale delle batterie allo stato semisolido è elevato?
in effetti, nel settore non sono esenti da controversie riguardo alla razionalità della produzione di massa della tecnologia delle batterie allo stato semi-solido. dal punto di vista delle prestazioni, la caratteristica più importante delle batterie semisolide è che l’elettrolito ha una certa percentuale di liquido e non è completamente solido. rispetto alle batterie a energia liquida, le batterie semisolide hanno prestazioni migliori in termini di chilometraggio e prestazioni in termini di costi, oltre a migliorare le capacità di agopuntura e la durata del ciclo. prendiamo come esempio la versione qingdao tao guangnian della batteria semisolida di cui sopra. ha una densità di energia superiore a 300 wh/kg (l'attuale densità di energia delle batterie a energia liquida è compresa tra 100 wh/kg e 250 wh/kg). una durata della batteria di oltre 1.000 chilometri e può essere caricata in 12 minuti carica fino a 400 chilometri. la cosa più importante è che attualmente le batterie allo stato semi-solido scelgono generalmente la via dei polimeri, che può sfruttare al massimo i processi e le apparecchiature di produzione delle batterie esistenti, e che la difficoltà e i costi di produzione rientrano in un intervallo controllabile.
i professionisti ritengono che la produzione di massa di batterie semisolide sia dovuta al fatto che le prestazioni delle batterie agli ioni di litio liquide esistenti hanno raggiunto il limite superiore, il che non è accurato. han liang ha dichiarato: "la tecnologia delle batterie agli ioni di litio è lungi dall'essere matura. a suo avviso, ha formato solo un'enorme industria sotto l'effetto combinato di politiche macro, strategie nazionali, crisi ambientali, aspettative di mercato e altri fattori". esiste infatti un potenziale conflitto tra le batterie semi-solide.
han liang preferisce considerare lo stato semisolido come un miglioramento delle batterie liquide in questa fase. "dal percorso tecnico di realizzazione, lo stato semisolido e lo stato solido completo sono essenzialmente due strade diverse. per fare un esempio che forse non è appropriato, lo stato semisolido è come una guida assistita che si avvicina infinitamente a l3, ma è essenzialmente diverso dalla guida intelligente l3 ".
secondo i dati della china automotive power battery industry innovation alliance, nei primi cinque mesi del 2024, la capacità installata di batterie semisolide domestiche ha raggiunto 1.621,8 mwh. l’industria definisce il 2024 la vigilia della produzione di massa su larga scala di batterie semi-solide e prevede che le spedizioni globali di batterie allo stato solido raggiungeranno 38 gwh e 509 gwh rispettivamente nel 2025 e nel 2030.
li zheng ha affermato che in termini di tecnologia delle batterie, il divario tra le aziende globali non è ampio e si trovano allo stesso stadio tecnologico. i vantaggi delle batterie elettriche cinesi si riflettono principalmente nell'entità dell'utilizzo e nella quota di mercato.
disruption: la soglia tecnica difficile da superare
"dieci anni fa, il giappone, gli stati uniti, l'europa e la corea del sud iniziarono a promuovere la produzione di massa di batterie allo stato solido, ma era estremamente difficile." secondo li zheng, a causa dei cambiamenti nei materiali di base, l'evoluzione dalle batterie tradizionali alle batterie allo stato solido deve affrontare la sfida dei cambiamenti tecnologici e industriali.
sulla base di ciò, il programma di commercializzazione delle batterie allo stato solido fornito da ouyang minggao è il seguente: si prevede che l'industrializzazione delle batterie allo stato semi-solido sarà implementata nel 2024, le batterie allo stato solido saranno lanciate nel 2027 e le batterie allo stato solido verranno completamente messe in produzione di massa nel 2030, con un valore di produzione superiore a 100 miliardi di yuan. zeng yuqun, presidente di catl, ha illustrato i progressi accurati di catl: se utilizziamo i numeri da 1 a 9 per valutare la maturità tecnologica delle batterie a stato solido, catl è attualmente al livello 4. ha realizzato solo alcuni campioni di dispositivi e condotto alcuni esperimenti verifiche.
"prima risolvi il problema dell'elettrolita, risolvi il problema dell'elettrodo negativo e poi risolvi il problema dell'elettrodo positivo. non c'è fretta." al "dialogo di fascia alta della conferenza mondiale sulle batterie elettriche del 2024", ouyang minggao ha sottolineato che ci sono ancora molte difficoltà tecniche che le batterie a stato solido devono superare, e devono essere affrontate passo dopo passo e non possono perseguire ciecamente la velocità.
sun xueliang, accademico straniero dell'accademia cinese di ingegneria, ha anche affermato che ci sono ancora molte sfide nella tecnologia delle batterie a stato solido. tra questi, gli elettroliti includono solfuri, ossidi, polimeri e altri percorsi tecnici. è meglio utilizzare materiali compositi o sviluppare nuovi elettroliti è necessario affrontare tutti questi problemi.
cambiare l'elettrolita da "liquido" a "solido" è la sfida più grande. dallo sviluppo riuscito di un campione in laboratorio alla produzione in serie di batterie allo stato solido con prestazioni all’altezza degli standard sulla linea di produzione che possono essere installate nei veicoli, le sfide sono ugualmente enormi.
in base ai diversi elettroliti, i percorsi tecnologici delle batterie allo stato solido sono principalmente suddivisi in tre categorie principali, vale a dire batterie allo stato solido polimeriche, batterie allo stato solido all'ossido e batterie allo stato solido al solfuro. attualmente non esiste una comprensione globale unificata su quale percorso tecnico sia più adatto come tecnologia tradizionale per le batterie allo stato solido.
nello specifico, le aziende automobilistiche giapponesi come toyota, honda e nissan e le aziende coreane di batterie come lg, samsung e ski hanno tutte adottato la tecnologia al solfuro. questo percorso è difficile da produrre in serie, il che ha portato toyota a posticipare i tempi di produzione di massa originali al 2030. le start-up americane nel campo della tecnologia sono i principali partner delle case automobilistiche tedesche e sono presenti nel settore dei solfuri, degli ossidi e dei polimeri. la corea del sud sta inoltre sviluppando tecnologie parallele a base di ossidi e solfuri. anche le aziende cinesi stanno esplorando varie rotte.
in termini di materiali per gli elettrodi positivi, anche le scelte delle batterie allo stato solido sono diverse. dal punto di vista industriale, l'attuale elettrodo positivo comprende principalmente ternario ad alto contenuto di nichel ad alta tensione, ternario a base di manganese ricco di litio, ternario ad altissimo contenuto di nichel. manganato di litio e nichel e altri materiali materiali per elettrodi negativi i principali sono quelli a base di silicio e litio metallico. se da un lato i materiali diversificati ampliano la selettività delle batterie allo stato solido, dall’altro comportano anche incertezza nei costi e nei cicli di ricerca e sviluppo.
a tal fine, ouyang minggao ha sottolineato specificamente che la tecnologia ai svolgerà un ruolo importante nella ricerca e nello sviluppo di batterie a stato solido. "l'efficienza dello screening dei modelli di grandi dimensioni dell'ia è in effetti molto più elevata. può escludere formule più fattibili per la verifica sperimentale e ridurre le deviazioni nel processo di ricerca e sviluppo." han liang ha affermato che i centri di ricerca e sviluppo negli stati uniti stanno già utilizzando la tecnologia dell'intelligenza artificiale, "ma l’intera intelligenza artificiale. la tecnologia è ancora agli inizi e il modello stesso non è ancora abbastanza maturo a causa dell’insufficiente immissione di dati. ci vorrà del tempo prima che possa essere veramente applicato”.
oltre ai materiali, le batterie allo stato solido devono affrontare nuove sfide anche nei processi di produzione. tra questi, la preparazione degli elettroliti di ossido richiede temperature elevate superiori a 900°c, e la preparazione degli elettroliti di solfuro richiede che l'ambiente di assemblaggio garantisca una temperatura inferiore a meno 60°c. zeng yuqun ha affermato che, sebbene catl abbia attualmente prodotto alcuni campioni di dispositivi, "l'uso di questi dispositivi presenta molte condizioni limite, come il raggiungimento di prestazioni elevate a bassa temperatura a 6.000 atmosfere. ciò significa che questi dispositivi non sono ancora disponibili sul mercato". applicazione."
"l'industrializzazione delle batterie allo stato solido è estremamente difficile. non richiede solo progressi nei problemi della scienza dei materiali, ma richiede anche l'innovazione nelle apparecchiature di processo e la creazione di una nuova catena industriale, ha affermato li zheng." stabilire una nuova catena industriale, compresa la realizzazione di applicazioni di materiali elettrolitici a stato solido, la ricostruzione di nuove industrie di catodi e materiali catodici e il nuovo sviluppo e investimenti nei processi e nelle apparecchiature di produzione delle batterie.
il costo è un altro collo di bottiglia nella produzione di massa delle batterie allo stato solido. il materiale dell’elettrodo negativo utilizzato nelle batterie allo stato solido è il litio metallico e il prezzo del litio è molto più alto di quello della grafite. attualmente, il costo di produzione delle batterie allo stato solido è 4-25 volte quello delle batterie agli ioni di litio.
nel complesso, ci sono colli di bottiglia irrisolti nell’intero processo delle batterie a stato solido dal laboratorio alla linea di produzione in termini di ricerca e sviluppo dei materiali, processi di produzione, costi e altri aspetti. "ci sforziamo di avviare l'industrializzazione nel 2027 e può essere applicata su piccola scala in alcuni campi emergenti che non sono sensibili ai costi. la prima applicazione potrebbe non essere necessariamente un'auto, ma potrebbe anche essere un aereo a bassa quota." disse han liang senza mezzi termini.
le informazioni provenienti dalle imprese mostrano che il collo di bottiglia dell’industrializzazione delle batterie allo stato solido è un problema che deve essere risolto prima della produzione di massa. secondo le informazioni divulgate da saic qingtao, basate sulla semplificazione e sull'innovazione di materiali e processi, la batteria completamente allo stato solido sviluppata da saic qingtao può ridurre il costo unitario dall'estremità della cella all'estremità del pack fino al 40%. con le batterie a liquido, i vantaggi in termini di costi saranno molto evidenti.
zhang jinhui, ricercatore di xinchen information, ha ricordato che ci sarà un grande divario tra i campioni di laboratorio e i prodotti reali prodotti in serie. la resa e la stabilità costituiranno una sfida importante per le batterie a stato solido dopo la produzione di massa.
vale la pena ricordare che, dal punto di vista dell’industria delle batterie, se le batterie a energia liquida si ritirassero dal mainstream della tecnologia, cambierà anche il modello di investimento nella catena industriale delle batterie.
a questo proposito, ouyang minggao ha affermato: "per l'industria cinese delle batterie, poiché la catena industriale esistente basata sulle batterie liquide è già piuttosto ampia e matura, la disposizione delle batterie interamente allo stato solido richiede un consenso sufficiente".
la rivoluzione tecnologica è sempre la più grande forza trainante per nuove rivoluzioni industriali e nuovi modelli di business. ma dietro ogni rivoluzione tecnologica dirompente, una catena industriale matura dovrà anche affrontare una disgregazione. il sovvertimento della catena industriale dei motori a combustione interna da parte dei veicoli a nuova energia è un tipico esempio. è prevedibile che nei prossimi 5-10 anni, con la produzione di massa di batterie allo stato solido, apparirà gradualmente la ricostruzione dell’attuale filiera delle batterie elettriche.
(fonte: rete di osservatori economici)
