Nobel Prize in Chemistry to make lithium batteries on the altar big enterprises have seized the tuyere of solid-state lithium batteries!

Publié: Oct 10, 2019 17:01
With the progress of science and technology, the safety of liquid lithium battery has been unable to meet the basic requirements of safe use of lithium battery, and great scientists have invented safety and more efficient solid-state lithium battery in their continuous efforts and breakthroughs. Although lithium battery technology has been very mature, it is still a relatively new field for people to use solid-state lithium battery technology. Therefore, there are many problems in the research and future application of solid-state lithium battery, although there are many problems, but solid-state lithium battery will still be the main direction of scientists in the exploration of lithium battery.

SMM10, 10 Jun: on Oct. 9, the Nobel Prize in Chemistry was awarded to three inventors of lithium batteries, American scientist John Gudinaf (John Goodenough), American scientist Stanley Whitingham (Stanley Whittingham), and Japanese scientist Akira Yoshino. (Akira Yoshino) shared the award.

Gudinaf, 97, is recognized as the "father of lithium batteries". His invention makes lithium batteries smaller, larger and more stable, making them commercially available and starting the process of portable electronic devices.

Gudinaf is a famous solid physicist. The 97-year-old Gudinaf also set a new age record for winning the Nobel Prize. At present, Gudinaf is still a professor in the Department of Mechanical Engineering at the University of Texas at Austin. He is also the inventor of lithium cobalt, lithium manganate and lithium iron phosphate cathode materials. By studying the relationship between chemistry, structure and the properties of solid electrons and ions, new materials are designed to solve material science problems.

British-American chemist Whitingham is currently a professor of chemistry and director of the Institute of Materials and Materials Science and Engineering at the State University of New York at Binghamton University.

Professor Akira Yoshino, a Japanese chemist who invented the modern lithium-ion battery (LIB), is also a researcher at Asahi.

With the progress of science and technology, the safety of liquid lithium battery has been unable to meet the basic requirements of safe use of lithium battery, and great scientists have invented safety and more efficient solid-state lithium battery in their continuous efforts and breakthroughs. Although lithium battery technology has been very mature, it is still a relatively new field for people to use solid-state lithium battery technology. Therefore, there are many problems in the research and future application of solid-state lithium battery, although there are many problems, but solid-state lithium battery will still be the main direction of scientists in the exploration of lithium battery.

Reasons for choosing solid State Lithium Battery and bottleneck of Technical Development

The characteristics of solid-state lithium battery determine that its use is better than the liquid lithium battery which is widely used at present.

First of all, the solid lithium battery does not burn, which can eliminate the hidden danger of safety. The solid lithium battery is a lithium ion battery with solid electrolyte, which is non-flammable and greatly improves the safety of the battery. Solid-state lithium battery has the characteristics of non-flammability, high temperature resistance, non-corrosion and non-volatilization, which avoids the phenomena of electrolyte leakage and electrode short circuit in traditional lithium-ion battery, reduces the sensitivity of battery pack to temperature and eliminates the hidden danger of safety.

Secondly, solid-state lithium batteries are compatible with high-capacity positive and negative electrodes, promoting a great leap in energy density. Solid-state lithium batteries have a wider electrochemical window and are easier to carry high-voltage cathode materials. The electrochemical window of solid electrolyte is wider and can reach 5 V, which is more suitable for high voltage electrode materials. At the same time, it is compatible with the metal lithium negative electrode, raising the upper limit of energy density, the gram capacity of lithium metal is 3860mAh, about 10 times that of graphite (372mAh/g). Lithium metal is the lowest electrochemical potential material in nature, which is-3.04V. Let lithium metal become the "final negative electrode" after graphite and silicon negative electrode.

Finally, the solid-state lithium battery has a lightweight battery system, and the solid-state lithium battery core does not contain liquid, which can be assembled first in series and parallel and then assembled, which reduces the material used for assembling the shell, and the design of PACK is greatly simplified. After the solid-state lithium battery reduces the weight of the system, the energy density will also be further increased.

At the same time, there are many technical bottlenecks in solid-state lithium battery, which is the key to its large-scale application. The main reason is that many electrolyte performance indexes can not meet the requirements of commercial application.

The low ionic conductivity of solid electrolytes is one of the main bottlenecks hindering its commercial application. The ionic conductivity directly affects the overall impedance and rate performance of the battery, and the conductivity of polymer solid electrolyte is generally low.

Secondly, similar to organic electrolytes, polymer electrolytes also have the problem of simultaneous conduction of double ions (anions and cations in lithium salt). Ionic conductivity is not entirely contributed by the migration of lithium ions. The key to the cycle and rate performance of the battery is the amount of lithium ion migration.

Thirdly, the poor contact between solid electrode and solid electrolyte and high interface impedance is one of the main bottlenecks restricting the cycle performance of solid lithium battery. At present, the contact impedance of the solid / solid interface between the solid electrolyte and the solid electrode is more than 10 times of the bulk impedance of the hydrolysate, which seriously affects the ion transmission and leads to the poor cycle life and rate performance of the battery.

Finally, the mechanical properties of inorganic solid electrolytes are mainly aimed at inorganic solid electrolytes, most of which belong to ceramic electrolytes, the mechanical properties are relatively poor, brittle and fragile.

Present situation and Development of solid State Lithium Battery

At present, the mass production of solid-state lithium battery is very few, and the industrialization process is still in the early stage. The only product that has achieved mass production in the field of power batteries has an energy density of only 100WH / g, which does not have a competitive advantage over traditional lithium power.

From the overseas enterprise experiments and pilot products, the energy density advantage of solid-state lithium battery has begun to highlight, significantly exceeding the existing lithium power level. In China, the basic research of solid lithium electricity started earlier. During the "sixth five-year Plan" and "Seventh five-year Plan", the Chinese Academy of Sciences listed solid lithium electricity and fast ion conductors as key topics. In addition, Peking University, China Electronic Science and Technology Group Tianjin 18 and other institutes have also established projects to study solid lithium electrolytes, and have made good progress in this field. In the future, with the gradual increase of industrial investment, the pace of product performance improvement is also expected to accelerate.

A large enterprise that preempts the tuyere of a solid-state battery

Ganfeng Lithium Industry: in 2017, Ganfeng Lithium Industry formally cut into the solid-state lithium battery plate through the introduction of Xu Xiaoxiong team of Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences. In December 2017, Ganfeng Lithium Industry announced that it plans to invest no more than 250 million yuan to build the first generation of pilot production line for solid-state lithium battery research and development, with a scale of more than 100 gigawatt hours and 600 million watt-hour power battery production line will focus on matching with solid-state lithium battery in the future. On July 30, 2018, Zhejiang Feng Lithium, a wholly owned subsidiary of the company, completed the first phase of the performance evaluation index of the first generation of solid lithium battery research and development test line project.

Ningde era: the Ningde era has mainly carried out related research and development work in the direction of polymer and sulfide-based solid-state lithium batteries, and has made preliminary progress. Ningde era, based on the improvement of the conductivity and processing performance of the battery, designed and manufactured a polymer cell with a capacity of 325 Ma, with a cycle of more than 300 laps and a capacity retention rate of 82%. In the aspect of sulfide solid lithium battery, in Ningde era, the interface compatibility between cathode and solid electrolyte was improved by surface modification and coating modification, and the mixing process was developed to improve the stability of sulfide in the air. it is possible to reduce the manufacturing cost of the battery.

Jiawei shares: the company accelerated the production of solid-state fast rechargeable battery products. In November 2016, Jiawei held the world's first solid-state lithium battery and fast lithium battery product launch in Shanghai to demonstrate the performance of the new product. In April 2018, Jiawei Longneng solid State Energy Storage Technology Company, a holding subsidiary of Jiawei, was officially put into production for trial operation. The company's products have high safety performance, in the exhibition was deeply pierced by three nails, can still work normally.

Tianqi Lithium: the company's wholly owned subsidiary in Hong Kong used its own capital of US $12.5 million to participate in the financing of "round C preferred shares" for SolidEnergy System, a solid-state lithium battery company, with a stake of 11.72 per cent.

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La chaîne industrielle du cobalt est restée sous pression cette semaine. Le cobalt affiné a d'abord fortement augmenté puis a reculé dans un contexte d'achats échelonnés, le prix des transactions électroniques passant de 289 000 yuans/tonne à environ 275 000 yuans/tonne. Les cotations et transactions des produits intermédiaires sont restées absentes, et la pression de vente sur les mineurs s'est progressivement accumulée. La demande en sels de cobalt était faible, et le sulfate de cobalt est tombé dans une boucle de rétroaction négative de « baisses de prix — pertes — repli des matières premières — coûts réduits », certaines cotations de sources recyclées chutant à 57 000–58 000 yuans/tonne. Le chlorure de cobalt et le Co3O4 ont continué de s'affaiblir sous l'effet des réductions de production en aval et de la consommation finale atone. Les utilisateurs en aval de poudre de cobalt digéraient encore les stocks à prix élevé, et les nouveaux achats n'avaient pas encore commencé. Les prix des précurseurs de cathodes ternaires et des matériaux de cathodes ternaires ont baissé avec les matières premières nickel, cobalt et lithium, la demande atone dans le secteur de l'énergie incitant les entreprises à la prudence dans les cotations et les achats. Les attentes de « pic de septembre » pour l'oxyde de lithium-cobalt ont échoué, avec un soutien des coûts qui s'affaiblit et un stockage insuffisant chez les utilisateurs finaux, laissant les prix à court terme encore exposés à un risque de nouvelle baisse. Certaines entreprises pourraient procéder à un stockage à petite échelle avant les congés de la fête nationale, mais la stabilisation de la chaîne industrielle dépendra encore de la reprise de la demande finale et du rythme de déstockage.
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Selon une décision publiée le 15 septembre par l’Autorité de régulation de la sous-traitance dans le secteur privé de la République démocratique du Congo, Kamoto Copper Company et Mutanda Mining, filiales de Glencore, ont reçu l’ordre de résilier les contrats existants avec les sous-traitants ne satisfaisant pas aux conditions légales d’éligibilité locales et de les retirer de leurs listes de fournisseurs. Cette décision fait suite à un contrôle réglementaire des fournisseurs et prestataires de services des deux sociétés. Sur les 1 427 fournisseurs et prestataires présentés par KCC, seuls 472 ont été enregistrés comme éligibles par l’ARSP, tandis que 955 ne remplissaient pas les conditions requises. Chez Mutanda, 548 des 1 133 fournisseurs présentés ont été jugés éligibles, tandis que 585 n’étaient pas qualifiés. Les deux sociétés sont également tenues de soumettre des plans de remédiation à l’ARSP dans un délai de 30 jours à compter de la réception de la notification, et il leur est interdit de signer de nouveaux accords de sous-traitance avec les entreprises concernées jusqu’à leur mise en conformité. KCC et Mutanda sont toutes deux des actifs majeurs de cuivre-cobalt en RDC. Le maintien de l’application de ces mesures pourrait accroître les pressions liées à l’ajustement de la chaîne d’approvisionnement et à la gestion de la conformité pour les deux opérations. La source originale est la décision officielle n° 020/ARSP/DG/2026 de l’ARSP, datée du 11 septembre et rendue publique le 15 septembre. Pour la publication, conserver « KCC et Mutanda » dans le titre permettrait d’établir immédiatement, pour les lecteurs du marché du cobalt, le lien direct avec les principaux actifs de cuivre-cobalt de Glencore en RDC.
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L&F a signé un contrat de 161,73 milliards de wons pour fournir des matériaux de cathode au phosphate de fer lithié à SK On et à ses filiales désignées. L'accord court du 17 septembre 2026 au 31 décembre 2028 et représente 7,51 % du chiffre d'affaires consolidé de L&F en 2025. L&F fournira son matériau de cathode LFP de troisième génération à haute densité. L'entreprise prévoit de démarrer la production avec une capacité annuelle de 30 000 tonnes d'ici la fin du troisième trimestre 2026, puis d'étendre l'usine de Daegu à 60 000 tonnes par an au premier semestre 2027. SK On prévoit d'utiliser ce matériau sur ses lignes de batteries LFP destinées au stockage d'énergie à Seosan, en Corée du Sud, et en Géorgie, aux États-Unis. L'entreprise convertit 3 GWh de sa capacité de 7 GWh à Seosan vers la production de LFP pour le stockage d'énergie, avec des livraisons prévues à partir du premier semestre 2027.
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