la pista de las baterías de estado sólido está repleta de pioneros
2024-09-14
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liu xiaolin, periodista del observador económico ¿cuántos años llevará la producción en masa? esta propuesta normal en el campo de los vehículos de nueva energía se ha convertido recientemente en la forma definitiva de baterías para vehículos: las baterías de estado sólido. a principios de año, ouyang minggao, académico de la academia de ciencias de china y profesor de la universidad de tsinghua, afirmó que "las baterías totalmente de estado sólido son una amenaza y un desafío que enfrentamos. las ventajas de la industria de baterías de china pueden verse anuladas porque países como estados unidos, japón y corea del sur toman la delantera en la producción en masa de baterías de estado sólido". después de la advertencia de riesgo, el cronograma de producción en masa de baterías de estado sólido se ha convertido en la información más vista en el nuevo informe. en el campo de la energía, todas las empresas chinas de baterías también han mostrado una tendencia a correr contra el tiempo para poner en producción primero las baterías de estado sólido.
en los cinco meses comprendidos entre abril y septiembre, las empresas chinas continuaron publicando noticias sobre los resultados de la investigación y el desarrollo y el tiempo de producción en masa de baterías de estado sólido, iniciando antes de lo previsto la competencia de comercialización que se suponía comenzaría en 2027. aunque ouyang minggao volvió a subrayar recientemente que la comercialización de baterías de estado sólido llevará tiempo y que la producción en masa a gran escala tardará al menos cinco años, el calendario presentado por los fabricantes de baterías y las empresas de automóviles muestra que no lleva tanto tiempo y no puede esperar. . hasta la vista.
en mayo, saic anunció que había entrado en una cuenta regresiva de 500 días para la producción en masa de baterías de estado sólido que se producirán en masa y se instalarán en vehículos en 2026. este se ha convertido en el cronograma más temprano. para la producción en masa de baterías de estado sólido; como líder en baterías, catl ha puesto gran énfasis en las baterías totalmente de estado sólido. la actitud hacia el progreso de la investigación y el desarrollo de baterías también ha cambiado de ser reservada a ser proactivamente reveladora. que "la producción de lotes pequeños se alcanzará en 2027" a finales de agosto, la empresa de baterías no líder penghui energy lanzó un producto de batería totalmente de estado sólido y la frase "un gran avance en baterías totalmente de estado sólido"; impulsó el precio de las acciones a subir continuamente dos "límite diario de 20 cm" a principios de septiembre, weilan new energy anunció que "las baterías de sulfuro (totalmente de estado sólido) tendrán ventas este año", lo que entusiasmó a los expertos en el campo de los materiales para baterías; , muchas empresas anunciaron que han desarrollado diferentes electrolitos de estado sólido (la parte central de las baterías de estado sólido) completaron las pruebas piloto y lograron un suministro de pequeño volumen. en la power battery conference el 1 de septiembre, las baterías de estado sólido se convirtieron en las principales. protagonista por primera vez, lo que generó discusión, y la popularidad en el mercado de capitales hizo que el tema se volviera más candente... …
estimuladas por el "impulso inicial" de las empresas chinas, las empresas japonesas han seguido posponiendo la producción en masa de baterías de estado sólido. recientemente, toyota tomó la iniciativa al dar el último ritmo de producción en masa en 2026. los equipos de investigación científica y proveedores de materiales para baterías europeos y americanos también informan constantemente sobre los últimos avances en investigación y desarrollo de baterías de estado sólido. las empresas extranjeras esperan aprovechar la oportunidad y utilizar baterías de estado sólido como un hito para revertir el panorama competitivo global de los vehículos de nueva energía. todos los datos muestran que la distancia entre las baterías de estado sólido desde el laboratorio hasta la línea de producción se reduce constantemente.
sin embargo, la tecnología utilizada por china para tomar ventaja no es la batería de estado sólido tecnológicamente más disruptiva, sino la "batería de estado semisólido" como tecnología de transición. desde este año, muchas empresas automotrices como saic, nio y gac han instalado baterías de estado semisólido en automóviles nuevos y las han promocionado como puntos de venta. pero la diferencia indica que las baterías chinas todavía corren el riesgo de ser subvertidas por la tecnología de estado sólido. "de hecho, la fuerza de china reside en la velocidad de su industrialización", afirmó han liang (seudónimo), ejecutivo de una empresa nacional de baterías. evitar las deficiencias de la investigación de materiales básicos, aprovechar el enorme mercado y la cadena industrial para lograr la industrialización lo antes posible y lograr actualizaciones tecnológicas iterativas durante la industrialización: esta es la estrategia de china para adelantarse a la curva en baterías de estado sólido.
pero, por otro lado, ha comenzado la cuenta atrás para la producción en masa de baterías totalmente de estado sólido en tres años. el valor comercial de la producción en masa semisólida, la racionalidad de la eficiencia de la inversión y cómo superar las dificultades técnicas. las baterías totalmente de estado sólido son riesgos inevitables. más importante aún, la reestructuración de la enorme cadena industrial de baterías de china provocada por las baterías de estado sólido, así como los problemas de subversión interna a nivel industrial, como el destino de las baterías líquidas, requieren soluciones rápidas.
cuenta atrás para la producción en masa
las baterías de estado sólido, como su nombre indica, son baterías que utilizan electrolitos sólidos. las baterías de litio líquido tradicionales se componen principalmente de cuatro elementos clave: electrodo positivo, electrodo negativo, electrolito y separador. las baterías de estado sólido reemplazan el electrolito líquido y el separador de las baterías de litio líquido tradicionales con electrolitos sólidos y utilizan nuevos materiales de electrodos positivos y negativos. la aplicación de nuevos materiales y nuevas tecnologías permitirá que las baterías de estado sólido tengan alta seguridad, alta densidad energética, velocidades de carga y descarga más rápidas y una alta adaptabilidad a la temperatura en un tamaño más pequeño. entre ellos, sólo la ventaja de reducir significativamente el riesgo de fuga y explosión de la batería es suficiente para reescribir el valor de los vehículos de nueva energía.
por lo tanto, las baterías de estado sólido han sido reconocidas como la primera opción para las baterías de próxima generación. japón, corea del sur, europa y estados unidos han colocado el desarrollo de baterías de estado sólido en la cima de sus estrategias industriales nacionales. entre ellos, representados por empresas como toyota y panasonic, japón comenzó a desarrollar baterías de estado sólido hace ya treinta años. también cooperó con empresas europeas y estadounidenses e invirtió en la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido. china inició la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido hace diez años. aunque china ha aumentado rápidamente el número de solicitudes de patentes para baterías de estado sólido en los últimos cinco años, todavía está por detrás de japón y corea del sur en términos del número total. de patentes.
"la producción en masa de baterías de estado sólido, especialmente baterías de estado sólido, está relacionada con la batalla por el dominio tecnológico". li zheng, cofundador y director general de qingtao energy, dijo que quien entre primero en la producción en masa determinará quién tendrá el dominio tecnológico en la siguiente etapa de competencia por vehículos de nueva energía. en otras palabras, si china, que representa el 60% de los envíos mundiales de baterías eléctricas, puede continuar manteniendo su ventaja competitiva en el campo de los vehículos de nueva energía está estrechamente relacionado con la velocidad de comercialización, la solidez técnica y la madurez de la cadena industrial de los sólidos. baterías del estado.
esta sensación de crisis es también la razón principal por la que las baterías de estado sólido de china están despegando este año. independientemente de las instituciones de investigación, las empresas de la cadena de la industria de baterías y las empresas de vehículos, todas optan por utilizar el mercado en lugar de los laboratorios, utilizar baterías de estado semisólido para tomar la iniciativa en la producción en masa para tomar la posición de la nueva vía y tomar la primer paso hacia la industrialización de baterías totalmente de estado sólido.
en mayo de este año, en la exposición de logros de los diez años de nuevas energías del grupo saic, qingtao energy, una empresa de baterías de estado sólido dependiente de saic, se convirtió en protagonista. qingtao no solo anunció que entregaría en lotes la versión lightyear de primera generación de baterías semisólidas. baterías de estado sólido para zhiji l6 este año, pero también anunció que en 2025. a partir de 2020, sus productos de estado sólido se instalarán ampliamente en modelos híbridos y eléctricos puros de la propia marca de saic, y las baterías de estado sólido serán oficialmente masivas. -producido en 2026. esta es la producción en masa más rápida de baterías de estado sólido en china hasta el momento.
según la disminución gradual del contenido de electrolitos líquidos, el camino de desarrollo de las baterías de estado sólido se puede dividir aproximadamente en semisólidas (5-10% en peso), cuasi sólidas (0-5% en peso), totalmente sólidas (0% en peso). y otras etapas entre ellos, uso semisólido y cuasi sólido. los electrolitos son todos electrolitos mixtos sólido-líquido. según el plan, la producción en masa de las baterías de estado sólido de saic se llevará a cabo en tres etapas: en la primera etapa, el contenido líquido en el electrolito se reducirá al 19%; 5%; en la tercera etapa, se reducirá a sólo el 1%.
la idea de industrialización de saic es utilizar la producción en masa gradual de tecnología de baterías de estado sólido en las dos primeras etapas y confiar en la enorme escala industrial de saic para cultivar una nueva cadena industrial ascendente y descendente, especialmente el suministro ascendente de materiales clave y equipos centrales. , etc. proveedores, y combinado con la oportunidad de la marca independiente del grupo saic de desarrollar tecnología de baterías de estado sólido a gran escala, puede lograr la actualización de toda la cadena industrial y luego lograr la producción en masa de baterías totalmente de estado sólido. .
este es también el pensamiento de la mayoría de las empresas de vehículos. hasta ahora, las principales empresas de vehículos, así como los fabricantes de baterías representados por catl, funeng technology, guoxuan hi-tech y xinwangda, tianqi lithium, yiwei lithium, ganfeng lithium y huineng technology. los fabricantes de materiales para baterías de litio representados por la empresa han anunció el ritmo de lanzamiento de productos relacionados con baterías de estado sólido. además, el ritmo de producción en masa de nuevas empresas de baterías de estado sólido como tailan, weilan y qingtao también ha atraído mucha atención.
lograr un estado totalmente sólido en pasos también es una ruta común para los fabricantes de baterías nacionales. un experto de funeng technology dijo que funeng technology completará la producción de baterías de estado semisólido a baterías de estado sólido en los próximos 5 a 10 años, durante los cuales se someterá a tres actualizaciones tecnológicas. entre ellos, la primera generación de baterías semisólidas de empaque blando se produjo en masa en 2021. posteriormente, funeng technology lanzará productos mejorados de baterías semisólidas de segunda y tercera generación, reduciendo gradualmente el contenido de electrolito líquido y mejorando el rendimiento de las celdas de la batería finalmente se introdujeron para mejorar la seguridad.
baterías de estado semisólido: productos semiacabados o el camino inevitable
sin embargo, a juzgar por la predicción general de que las baterías totalmente de estado sólido se producirán en pequeños lotes en 2027, el ciclo comercial de las baterías de estado semisólido parece ser de solo tres años. en un ciclo de aplicación tan corto, ¿es alto el valor comercial de las baterías de estado semisólido?
de hecho, la industria no está exenta de controversias sobre la racionalidad de la producción en masa de tecnología de baterías de estado semisólido. desde una perspectiva de rendimiento, la característica más importante de las baterías semisólidas es que el electrolito tiene una cierta proporción de líquido y no es completamente sólido. en comparación con las baterías de energía líquida, las baterías semisólidas tienen un mejor rendimiento en términos de kilometraje y rentabilidad, y también tienen capacidades de acupuntura y ciclo de vida mejorados. tomemos como ejemplo la versión qingdao taoguangnian de la batería semisólida anterior. tiene una densidad de energía de más de 300 wh/kg (la densidad de energía actual de las baterías de energía líquida está entre 100 wh/kg y 250 wh/kg). duración de la batería de más de 1.000 kilómetros y se puede cargar en 12 minutos. carga hasta 400 kilómetros. lo más importante es que actualmente las baterías de estado semisólido generalmente eligen la ruta del polímero, que puede aprovechar al máximo los procesos y equipos de producción de baterías existentes, y la dificultad y el costo de producción están dentro de un rango controlable.
los profesionales creen que la producción en masa de baterías semisólidas se debe al hecho de que el rendimiento de las baterías líquidas de iones de litio existentes ha alcanzado el límite superior, lo cual no es exacto. han liang dijo: "la tecnología de baterías de iones de litio está lejos de estar madura. sólo ha formado una gran industria bajo el efecto combinado de políticas macro, estrategias nacionales, crisis ambientales, expectativas del mercado y otros factores, en su opinión, los iones de litio líquidos". de hecho, existe un conflicto potencial entre las baterías de estado semisólido.
han liang prefiere considerar el estado semisólido como una mejora de las baterías líquidas en esta etapa. "desde el punto de vista técnico de implementación, el estado semisólido y el estado completamente sólido son esencialmente dos caminos diferentes. para dar un ejemplo que puede no ser apropiado, el estado semisólido es como una conducción asistida que está infinitamente cerca de l3, pero es esencialmente diferente de la conducción inteligente l3 ".
según datos de la alianza de innovación de la industria de baterías automotrices de china, en los primeros cinco meses de 2024, la capacidad instalada de baterías semisólidas nacionales alcanzó los 1.621,8 mwh. la industria considera que 2024 es la víspera de la producción en masa a gran escala de baterías de estado semisólido y predice que los envíos mundiales de baterías de estado sólido alcanzarán los 38 gwh y 509 gwh en 2025 y 2030, respectivamente.
li zheng dijo que en términos de tecnología de baterías, la brecha entre las empresas globales no es grande y se encuentran en la misma etapa tecnológica. las ventajas de las baterías eléctricas de china se reflejan principalmente en la escala de uso y la cuota de mercado.
disrupción: el umbral técnico difícil de superar
"hace diez años, japón, estados unidos, europa y corea del sur comenzaron a promover la producción en masa de baterías de estado sólido, pero fue extremadamente difícil". en opinión de li zheng, debido a los cambios en los materiales del núcleo, la evolución de las baterías tradicionales a las baterías de estado sólido enfrenta el desafío de los cambios tecnológicos e industriales.
con base en esto, el cronograma de comercialización de baterías de estado sólido de ouyang minggao es: se espera que la industrialización de las baterías de estado semisólido se implemente en 2024, los productos de baterías totalmente de estado sólido se lanzarán en 2027 y las baterías de estado sólido se lanzarán en 2027. las baterías estatales entrarán plenamente en producción en 2030, con un valor de producción de más de 100 mil millones de yuanes. zeng yuqun, presidente de catl, dio el progreso preciso de catl: si usamos los números del 1 al 9 para evaluar la madurez tecnológica de las baterías de estado sólido, catl se encuentra actualmente en el nivel 4. solo ha fabricado algunas muestras de dispositivos y realizado algunos experimentos. verificaciones.
"primero resuelva el problema del electrolito, resuelva el problema del electrodo negativo y luego resuelva el problema del electrodo positivo. no hay prisa". en el "diálogo de alto nivel de la conferencia mundial sobre baterías eléctricas de 2024", ouyang minggao enfatizó que todavía hay muchas dificultades técnicas que las baterías de estado sólido deben superar, y que deben hacerse paso a paso y no pueden perseguir ciegamente la velocidad.
sun xueliang, académico extranjero de la academia de ingeniería de china, también dijo que todavía hay muchos desafíos en la tecnología de baterías de estado sólido. entre ellos, los electrolitos incluyen sulfuros, óxidos, polímeros y otras rutas técnicas. ¿o desarrollar nuevos electrolitos? todas estas cuestiones deben abordarse.
cambiar el electrolito de "líquido" a "sólido" es el mayor desafío. desde desarrollar con éxito una muestra en el laboratorio hasta producir en masa baterías de estado sólido con un rendimiento estándar en la línea de producción que puedan instalarse en vehículos, los desafíos son igualmente enormes.
según los diferentes electrolitos, las rutas tecnológicas de baterías de estado sólido se dividen principalmente en tres categorías principales, a saber, baterías de estado sólido de polímero, baterías de estado sólido de óxido y baterías de estado sólido de sulfuro. actualmente no existe un entendimiento global unificado sobre qué ruta técnica es más adecuada como tecnología principal para las baterías de estado sólido.
específicamente, empresas automotrices japonesas como toyota, honda y nissan, y compañías coreanas de baterías como lg, samsung y ski han adoptado la tecnología de sulfuro. esta ruta es difícil de producir en masa, lo que provocó que toyota pospusiera el tiempo de producción en masa original hasta 2030. las start-ups tecnológicas estadounidenses son los principales socios de las empresas de vehículos alemanas y tienen presencia en los sectores de sulfuros, óxidos y polímeros. corea del sur también está desarrollando tecnologías paralelas de óxidos y sulfuros. las empresas chinas también están explorando varias rutas.
en términos de materiales de electrodo positivo, las opciones de baterías de estado sólido son igualmente diversas. desde una perspectiva industrial, el electrodo positivo actual incluye principalmente ternario de alto voltaje con alto contenido de níquel, a base de manganeso rico en litio y ternario de níquel ultra alto. manganato de litio y níquel y otros materiales. los materiales de electrodos negativos son los principales. si bien los materiales diversificados amplían la selectividad de las baterías de estado sólido, también generan incertidumbre en los costos y ciclos de i+d.
con este fin, ouyang minggao señaló específicamente que la tecnología de inteligencia artificial desempeñará un papel importante en la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido. "la eficiencia de la detección de modelos grandes de ia es de hecho mucho mayor. puede descartar fórmulas más factibles para la verificación experimental y reducir los desvíos en el proceso de i + d", dijo han liang, los centros de i + d en los estados unidos ya están utilizando tecnología de ia, "pero toda la ia la tecnología está todavía en su infancia, y el modelo en sí no está suficientemente alimentado con datos y aún no está maduro. tomará un tiempo antes de que se aplique verdaderamente”.
además de los materiales, las baterías de estado sólido también enfrentan nuevos desafíos en los procesos de producción. entre ellos, la preparación de electrolitos de óxido requiere altas temperaturas superiores a 900 °c, y la preparación de electrolitos de sulfuro requiere que el entorno de montaje garantice una temperatura inferior a -60 °c. zeng yuqun dijo que aunque catl ha producido actualmente algunas muestras de dispositivos, "el uso de estos dispositivos tiene muchas condiciones límite, como lograr un rendimiento de alta temperatura a 6.000 atmósferas. esto significa que estos dispositivos aún no están disponibles en el mercado". solicitud."
"la industrialización de baterías totalmente de estado sólido es extremadamente difícil. no sólo requiere avances en los problemas de la ciencia de los materiales, sino que también requiere innovación en los equipos de proceso y el cultivo de una nueva cadena industrial, dijo li zheng, que se necesitan baterías de estado sólido". establecer una nueva cadena industrial, incluida la realización de aplicaciones de materiales de electrolitos de estado sólido, la reconstrucción de nuevas industrias de cátodos y materiales catódicos, y el nuevo desarrollo e inversión en procesos y equipos de producción de baterías.
el costo es otro obstáculo en la producción en masa de baterías de estado sólido. el material del electrodo negativo utilizado en las baterías de estado sólido es el litio metálico, y el precio del litio es mucho más alto que el del grafito. actualmente, el coste de fabricación de las baterías de estado sólido es entre 4 y 25 veces mayor que el de las baterías de iones de litio.
en conjunto, existen cuellos de botella sin resolver en todo el proceso de las baterías de estado sólido desde el laboratorio hasta la línea de producción en términos de investigación y desarrollo de materiales, procesos de producción, costos y otros aspectos. "nos esforzamos por iniciar la industrialización en 2027, y se puede aplicar a pequeña escala en algunos campos emergentes que no son sensibles al costo. la primera aplicación puede no ser necesariamente un automóvil, pero también puede ser un avión de baja altitud". dijo han liang sin rodeos.
la información de las empresas muestra que el cuello de botella en la industrialización de las baterías totalmente de estado sólido es un problema que debe resolverse antes de la producción en masa. según la información divulgada por saic qingtao, basándose en la simplificación e innovación de materiales y procesos, la batería totalmente de estado sólido desarrollada por saic qingtao puede reducir el costo unitario desde el extremo de la celda hasta el extremo del pack en hasta un 40%. con baterías líquidas, tendrá ventajas de costo muy obvias.
zhang jinhui, investigador de xinchen information, recordó que habrá una gran brecha entre las muestras de laboratorio y los productos reales producidos en masa. el rendimiento y la estabilidad serán un gran desafío para las baterías de estado sólido después de la producción en masa.
vale la pena mencionar que desde la perspectiva de la industria de las baterías, si las baterías de energía líquida se retiran de la corriente principal de la tecnología, el patrón de inversión en la cadena de la industria de las baterías también cambiará.
al respecto, ouyang minggao dijo: "para la industria de baterías de china, dado que la cadena industrial existente basada en baterías líquidas ya es bastante grande y madura, el diseño de baterías totalmente de estado sólido requiere suficiente consenso".
la revolución tecnológica es siempre la mayor fuerza impulsora de nuevas revoluciones industriales y nuevos modelos de negocio. pero detrás de cada revolución tecnológica disruptiva, una cadena industrial madura también enfrentará disrupciones. la subversión de la cadena industrial de motores de combustión interna por vehículos de nueva energía es un ejemplo típico. es previsible que en los próximos 5 a 10 años, con la producción en masa de baterías de estado sólido, aparezca gradualmente la reconstrucción de la cadena industrial de baterías eléctricas existente.
(fuente: red de observadores económicos)
