การวิเคราะห์ระบบวัสดุอิเล็กโทรไลต์ของแข็งในรูปออกไซด์และการวางแผนของบริษัท

ข่าว SMM วันที่ 30 กรกฎาคม:

ความแตกต่างและลักษณะสำคัญของวัสดุประเภททับทิม (LLZO), วัสดุประเภทเพอร์ออฟสไคต์ (LLTO) และวัสดุประเภท NASICON (LATP) ในระบบอิเล็กโตรไลต์ออกไซด์ ซึ่งจะช่วยให้คุณสามารถแยกแยะวัสดุทั้งสามประเภทนี้ได้อย่างชัดเจน:

ตารางเปรียบเทียบข้อมูลพื้นฐาน

II. การวิเคราะห์ความแตกต่างหลักอย่างลึกซึ้ง

1. โครงสร้างและกลไกการเคลื่อนที่ของไอออน

วัสดุประเภททับทิม (LLZO):
ในโครงสร้างทับทิมรูปคิวบิก ZrO₆ ออกตาเฮดราและ LaO₈ โดเดคาเฮดราจะก่อตัวเป็นโครงสร้างสามมิติ โดยที่ไอออนลิเธียมจะกระโดดไปมาระหว่างตำแหน่งเทตราฮีดรัล/ออกตาฮีดรัลภายในช่องว่างของโครงสร้าง ทางเดินการเคลื่อนที่ของไอออนเป็นแบบต่อเนื่องและ "ไอโซโทรปิก" (ไม่มีความแตกต่างทางทิศทางที่สำคัญ) ทำให้สามารถมีการนำไฟฟ้าของไอออนที่สูงในวัสดุที่ถูกเผาแน่นด้วยความหนาแน่นสูง (ความหนาแน่นสัมพัทธ์ > 95%)

วัสดุประเภทเพอร์ออฟสไคต์ (LLTO):
ในโครงสร้างเพอร์ออฟสไคต์ (ประเภท ABO₃) ตำแหน่ง A จะถูกครอบครองด้วย Li/La และตำแหน่ง B จะถูกครอบครองด้วย Ti อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการสังเคราะห์จริง มักจะเกิดความต้านทานที่ขอบเมล็ดสูง (ขัดขวางการเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมที่ขอบเมล็ด) และการเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมจะได้รับอิทธิพลจาก "ความไม่อิสระทางทิศทาง" ของคริสตัล (ความแตกต่างที่สำคัญในการนำไฟฟ้าในทิศทางต่าง ๆ) ส่งผลให้การนำไฟฟ้าโดยรวมต่ำกว่าค่าทฤษฎี

วัสดุประเภท NASICON (LATP):
ในโครงสร้าง NASICON (ที่มาจาก Na₁+xZr₂P₃−xSiₓO₁₂) PO₄ เทตราฮีดราและ TiO₆ ออกตาเฮดราจะเชื่อมต่อกันที่จุดยอด ทำให้เกิดช่องทางไอออนสามมิติ การเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมจะขึ้นอยู่กับกลไก "การแลกเปลี่ยนไอออน" (Li⁺ รวมตัว/แยกตัวกับช่องว่างภายในช่องทาง) การเติม Al³⁺ สามารถขยายปริมาตรช่องทางและเพิ่มความเข้มข้นของช่องว่าง ทำให้การนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

2. ความเสถียรทางเคมีและความเข้ากันได้ของพื้นผิว

LLZO: สามารถดำรงอยู่ได้อย่างเสถียรที่พื้นผิวของอินเตอร์เฟส Li⁺/Li⁰ (มีช่วงไฟฟ้าเคมีกว้างถึง 5V) สามารถจับคู่กับแอโนดโลหะลิเธียมได้โดยตรง (ยับยั้งการเจริญเติบโตของลิเธียมเดนไดรท์) และไม่เกิดปฏิกิริยาในอากาศที่มีความชื้น (ไม่จำเป็นต้องใช้กล่องมือถือ) ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับแบตเตอรี่ทั้งชิ้นเป็นของแข็ง

LLTO: เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสเมื่อสัมผัสกับน้ำ (Li₃xLa₂/₃₋ₓTiO₃ + H₂O → LiOH + TiO₂ + La(OH)₃) ส่งผลให้เกิดชั้นฉนวนบนพื้นผิวและเพิ่มความต้านทานของอินเตอร์เฟสอย่างมาก ในขณะเดียวกันก็จะถูกลดลงได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับแอโนดโลหะลิเธียม (Ti⁴⁺ → Ti³⁺) จึงต้องมีการดัดแปลงอินเตอร์เฟสด้วยวิธีการต่าง ๆ เช่น การเคลือบ Al₂O₃

LATP: มีความต้านทานน้ำที่ดีกว่า LLTO (แม้ว่าการแช่น้ำเป็นเวลานานอาจยังคงนำไปสู่การละลายของ Al³⁺) และสามารถเข้ากันได้กับวัสดุแคโธด์ (เช่น LiFePO₄) อย่างไรก็ตาม เมื่อสัมผัสกับแอโนดโลหะลิเธียม Li⁺ จะลด P⁵⁺ (ทำให้เกิดเฟสฉนวนเช่น Li₃P) ทำให้ไม่เหมาะสมสำหรับแอโนดโลหะลิเธียมและเหมาะสมมากขึ้นสำหรับการจับคู่กับแอโนด "ที่ไม่ใช่โลหะลิเธียม" เช่น กราไฟต์ 3. ความท้าทายในการเตรียมและการควบคุมกระบวนการ
LLZO: จำเป็นต้องแก้ปัญหาการแตกร้าวจากการเผาด้วยความร้อนสูง (การแยกส่วนประกอบที่เกิดจากการระเหยของลิเธียม) โดยทั่วไปแล้วจะใช้วิธีการเผาสองขั้นตอน (การสังเคราะห์ด้วยความร้อนสูงก่อน แล้วตามด้วยการทำให้แน่นด้วยความร้อนต่ำ) หรือการเพิ่มสารช่วยเผา (เช่น Li₂CO₃) ในขณะเดียวกันก็ต้องควบคุมอัตราส่วน Zr/La (Zr ที่มากเกินไปสามารถทำให้เฟสคิวบิกมีความเสถียร)
LLTO: มีแนวโน้มที่จะเกิดเฟสสิ่งเจือปน (เช่น La₂Ti₂O₇) ดังนั้นจึงต้องควบคุมอุณหภูมิการสังเคราะห์ (~1000℃) และบรรยากาศ (บรรยากาศเฉื่อยเพื่อป้องกันการลดลงของไทเทเนียม) อย่างเคร่งครัด นอกจากนี้ เนื่องจากมีความต้านทานขอบเขตเม็ดที่สูง จึงจำเป็นต้องลดความต้านทานโดยการทำให้เป็นนาโนคริสตัล (เช่น การเตรียมอนุภาคนาโนด้วยวิธีโซลเจล) หรือการดัดแปลงขอบเขตเม็ด (การเพิ่ม Li₃BO₃)
LATP: หัวใจสำคัญอยู่ที่ความสม่ำเสมอของการโดปด้วย Al³⁺ (ซึ่งส่งผลต่อความเข้มข้นของช่องว่าง) วิธีโซลเจลสามารถบรรลุการโดประดับอะตอมได้ แต่มีค่าใช้จ่ายสูง วิธีแข็งแบบดั้งเดิมต้องควบคุมอุณหภูมิ (~900℃) และเวลาการเผาอย่างแม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงการแยกตัวของเฟส TiO₂
4. สถานการณ์การนำไปใช้และปัญหาทางเทคนิค
LLZO: เหมาะสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะแบบทั้งตัวเป็นของแข็ง (เช่น ทิศทางการวิจัยและพัฒนาของโตโยต้าและ CATL) ปัญหาคือต้นทุนการเผาที่สูง (ต้องการการทำให้แน่นด้วยความร้อนสูงและการใช้พลังงานสูง) และความต้านทานระหว่างพื้นผิวกับแคโทด (ต้องการการดัดแปลงด้วยการเคลือบ เช่น LiNbO₃)
LLTO: เนื่องจากมีเสถียรภาพระหว่างพื้นผิวที่ไม่ดี จึงเหมาะสมกับแบตเตอรี่กึ่งของแข็งมากกว่า (รวมกับอิเล็กโตรไลต์เหลวเพื่อลดความต้านทานระหว่างพื้นผิว) อย่างไรก็ตาม ความไม่เข้ากันได้ดีกับแอโนดลิเธียมโลหะทำให้การนำไปใช้ในแบตเตอรี่ความหนาแน่นพลังงานสูงมีข้อจำกัด
LATP: ได้รับการนำไปใช้ในระดับทดลองในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนน้ำ (เช่น แบตเตอรี่ ESS) (ใช้ประโยชน์จากความต้านทานน้ำ) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีปัญหาความเข้ากันได้กับแอโนดลิเธียมโลหะ จึงยากที่จะเข้าสู่ตลาดแบตเตอรี่แบบทั้งตัวเป็นของแข็งความหนาแน่นพลังงานสูง มักใช้เป็น "อิเล็กโตรไลต์เสริม" (เช่น รวมกับโพลิเมอร์) บ่อยครั้งมากกว่า
III. สรุป: วิธีเลือกระหว่างอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์สามประเภท?
สำหรับความปลอดภัยสูง + แอโนดลิเธียมเมทัล → เลือก LLZO (มีความเสถียรทางเคมี, ยับยั้งการเจริญเติบโตของลิเธียมเดนไดรท์, เหมาะสำหรับแบตเตอรี่แบบออลล์-โซลิดสเตท)
สำหรับการทดลองใช้แบตเตอรี่แบบเซมิ-โซลิดสเตทที่มีต้นทุนต่ำ → เลือก LLTO (วัตถุดิบราคาถูก แต่ต้องแก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวติดต่อ)
สำหรับแบตเตอรี่ที่มีแอโนดแบบน้ำ/ไม่ใช่ลิเธียม → เลือก LATP (ทนน้ำได้ดี, เข้ากันได้กับแคโธดแบบดั้งเดิม) IV. การวางแผนขององค์กรในแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์ออกไซด์
Ganfeng Lithium: มีเส้นทางเทคโนโลยีที่หลากหลายสำหรับแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตท ครอบคลุมออกไซด์, ซัลไฟด์, โพลิเมอร์ เป็นต้น ความนำไฟฟ้าไอออนที่อุณหภูมิห้องของอิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดสเตทออกไซด์ LLZO และ LATP สามารถบรรลุได้ถึง 1.7 mS/cm และ 1.4 mS/cm ตามลำดับ เมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์แบบอัลตร้า-บางความหนา 5 ไมครอนที่พัฒนาขึ้นสามารถลดอิมพีแดนซ์ที่พื้นผิวติดต่อได้สูงสุดถึง 40% สายการผลิตแบตเตอรี่แบบไฮบริดโซลิด-ลิควิด 5 GWh ที่ฐาน Chongqing ได้เริ่มดำเนินการแล้ว โดยมีความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่แบบออลล์-โซลิดสเตทเกินกว่า 500 Wh/kg บริษัทมีแผนที่จะผลิตแบตเตอรี่แบบออลล์-โซลิดสเตทในปริมาณมากในปี 2025 ซึ่งจะจับคู่กับรถยนต์รุ่นต่างๆ เช่น Dongfeng VOYAH
Great Power Energy: ได้เสร็จสิ้นการพัฒนาผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่แบบออลล์-โซลิดสเตทออกไซด์รุ่นแรกในเดือนมีนาคม 2025 โดยมีเป้าหมายความหนาแน่นพลังงานเกินกว่า 300 Wh/kg บริษัทใช้โครงสร้างแบบแซนวิชเพื่อปรับปรุงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวติดต่อ และคาดว่าจะจัดตั้งสายการผลิตและเริ่มผลิตในปริมาณมากในปี 2026 ต้นทุนของแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตทออกไซด์ของบริษัทสูงกว่าแบตเตอรี่แบบลิควิดเพียง 15% เท่านั้น สายการผลิตในปริมาณมากที่ Changzhou ได้จัดตั้งขึ้นแล้ว โดยมีอัตราการเก็บประจุที่ -20℃ เท่ากับ 92% เหมาะสำหรับรถยนต์รุ่นต่างๆ เช่น Wuling Binguo
Shanghai Xiba
เป็นองค์กรเดียวในจีนที่สามารถผลิตอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์ LLZO ในปริมาณมากระดับตันได้ โดยมีอัตราผลผลิตสูงถึง 98% ในปี 2025 ความจุของบริษัทจะขยายเป็น 2,000 ตันต่อปี เพื่อสนับสนุนโครงการแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตทบิลด์ของ BYD โดยมีต้นทุนต่ำกว่าเส้นทางซัลไฟด์ถึง 40% วัสดุผงอิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดสเตทหลายรูปแบบของบริษัทใช้เส้นทางเทคโนโลยีออกไซด์ และบางผลิตภัณฑ์ได้ถูกนำไปใช้ในด้านแบตเตอรี่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แล้ว
Narada Power
เปิดตัวแบตเตอรี่แบบขั้นสถานะของพลังงานออกไซด์ที่สามารถเก็บพลังงานได้ ซึ่งมีความนำไฟฟ้าของไอออนสูงถึง 10⁻³ S/cm ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2568 ยังไม่มีการระบุพารามิเตอร์เฉพาะ เช่น ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่แบบขั้นสถานะที่มีความจุขนาดใหญ่มาก 783 Ah
BTR: เริ่มจัดส่งผลิตภัณฑ์อิเล็กโตรไลต์แบบขั้นสถานะของออกไซด์ในปริมาณตันในปี พ.ศ. 2567 โดยมีความนำไฟฟ้าของไอออนที่อุณหภูมิห้องรวมกันเกิน 5×10⁻⁴ mS/cm
Jinlongyu: ประกาศในเดือนเมษายน พ.ศ. 2568 ว่ามีความประสงค์ที่จะลงทุนและสร้างโครงการสายการผลิตขนาดใหญ่สำหรับวัสดุหลักของแบตเตอรี่แบบขั้นสถานะในเมืองฮุยโจว โดยมีระยะเวลาการก่อสร้างคาดว่าจะเป็น 12 เดือน และไม่เกินสามปี เทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบขั้นสถานะของบริษัทนี้เน้นไปที่ระบบอิเล็กโตรไลต์ของออกไซด์
China Automotive Innovation & Intelligence: ได้รับความสามารถในการเตรียมวัสดุในปริมาณกิโลกรัมสำหรับอิเล็กโตรไลต์ โดยมีความนำไฟฟ้าของไอออนที่อุณหภูมิห้องถึง 0.7-1.0 mS/cm Duer Automotive Parts: เน้นไปที่เส้นทางอิเล็กโตรไลต์ของออกไซด์ ในขณะเดียวกันก็ยังคงมีการเตรียมพร้อมทางเทคนิคในเทคโนโลยีโพลิเมอร์และซัลไฟด์ การก่อสร้างสายการผลิตต้นแบบในเมืองหูโจวจะเริ่มในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2568 ด้วยการลงทุน 300 ล้านหยวน คาดว่าจะเสร็จสิ้นภายในสิ้นปีและมีความจุเริ่มต้น ตามด้วยแผนการสร้างสายการผลิตขนาดใหญ่ 1GWh ผ่านการทดสอบความปลอดภัยจากบุคคลที่สามในประเทศญี่ปุ่นในปี พ.ศ. 2566 และจะแสดงผลิตภัณฑ์รุ่นที่สองในปี พ.ศ. 2568 ด้วยความหนาแน่นพลังงาน 260Wh/kg ผลิตภัณฑ์รุ่นที่สามมีเป้าหมายที่จะมีความหนาแน่นพลังงาน 400Wh/kg

Qingtao Energy: ใช้อิเล็กโตรไลต์แบบผสมของออกไซด์ + โพลิเมอร์เพื่อปรับปรุงปัญหาการสัมผัสระหว่างพื้นผิว โดยมีแผนที่จะเปิดตัวแบตเตอรี่แบบขั้นสถานะทั้งหมดในปี พ.ศ. 2571 แบตเตอรี่แบบกึ่งขั้นสถานะมีความหนาแน่นพลังงาน 350-400Wh/kg และได้ติดตั้งในรถยนต์ NIO ET7 แล้ว ฐานการผลิตในเมืองไทโจวจะเริ่มการผลิตในปี พ.ศ. 2568 ด้วยความจุ 10GWh

CALB: เปิดตัวแบตเตอรี่แบบขั้นสถานะทั้งหมด "Boundary-less" ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2567 ด้วยความหนาแน่นพลังงาน 430Wh/kg และความจุเกิน 50Ah ใช้เส้นทางเทคโนโลยีออกไซด์และจะดำเนินการตรวจสอบการติดตั้งในรถยนต์แบบจำนวนน้อยในปี พ.ศ. 2570

WELION New Energy: มีแผนที่จะบรรลุการผลิตขนาดใหญ่ของแบตเตอรี่แบบกึ่งขั้นสถานะในปี พ.ศ. 2569 โดยมีความปลอดภัยที่ได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบการเจาะด้วยตะปู ใช้เส้นทางเทคโนโลยีออกไซด์ + โพลิเมอร์ และมีแผนที่จะบรรลุการผลิตขนาดใหญ่ของแบตเตอรี่แบบขั้นสถานะทั้งหมดในปี พ.ศ. 2570

ProLogium Technology: เพิ่มความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่แบบขั้นสถานะเป็น 350-390Wh/kg ในปี พ.ศ. 2567 หลังจากปี พ.ศ. 2568 จะค่อย ๆ เปลี่ยนแทนแอโนดและแคโทดด้วยวัสดุแมงกานีสที่อุดมไปด้วยลิเธียมและทางเลือกของลิเธียมเมทัล/ไม่มีแอโนด เพื่อให้บรรลุความหนาแน่นพลังงานสูงสุด 480Wh/kg ใช้เส้นทางผสมของออกไซด์ + โพลิเมอร์

SVOLT Energy Technology: ได้พัฒนาแบตเตอรี่เจลลี่รุ่นแรกและรุ่นที่สองแล้ว ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2567 ได้เปิดเผยสิทธิบัตรสำหรับอิเล็กโตรไลต์แบบขั้นสถานะแบบผสมของออกไซด์ + โพลิเมอร์ ใช้เส้นทางเทคโนโลยีออกไซด์ + โพลิเมอร์

GSP Automotive Group:
จะดำเนินการวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่รูปแบบแข็งและกึ่งแข็งต่อไปในปี 2569 โรงงานที่เมืองเวินโจวคาดว่าจะเข้าสู่การผลิตเต็มรูปแบบในกลางปี 2569 และเริ่มการผลิตบางส่วนในช่วงปลายปี โดยใช้เส้นทางเทคโนโลยีออกไซด์ + โพลิเมอร์

ไทหลันนิวเอนเนอร์จี: พัฒนาแบตเตอรี่รูปแบบแข็งแบบผสมออกไซด์ + โพลิเมอร์ระดับรถยนต์ขนาด 120Ah แบบแรกของโลก ที่มีความหนาแน่นพลังงาน 720Wh/kg คาดว่าจะเสร็จสิ้นการตรวจสอบต้นแบบและการพัฒนาระบบในปี 2568 และจะดำเนินการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องผ่านการผลิตจำนวนน้อยในปี 2569 และบรรลุการผลิตจำนวนมากและการนำไปใช้ในรถยนต์พลังงานใหม่ในปี 2570 ก๊อติออนไฮเทค: แบตเตอรี่กึ่งแข็งที่มีออกไซด์ + โพลิเมอร์มีความหนาแน่นพลังงาน 360Wh/kg และรถยนต์รุ่นที่เกี่ยวข้องสามารถเดินทางได้ระยะทางเกิน 1,000 กิโลเมตร การตรวจสอบการติดตั้งจะเริ่มในปี 2568
แบตเตอรี่รูปแบบแข็งออกไซด์มีเสถียรภาพทางไฟฟ้าเคมีที่แข็งแกร่ง ความแข็งแรงทางกลสูง การจับคู่กับอิเล็กโทรดที่ง่าย และเสถียรภาพทางสิ่งแวดล้อมที่ดี อย่างไรก็ตาม ความนำไฟฟ้าของไอออนนั้นค่อนข้างต่ำ และความต้านทานระหว่างผิวหน้าต้องลดลงอีก ในทางตรงกันข้าม แบตเตอรี่รูปแบบแข็งซัลไฟด์มีความนำไฟฟ้าของไอออนสูง ประสิทธิภาพการสัมผัสระหว่างผิวหน้ากับวัสดุอิเล็กโทรดที่ดี และความหนาแน่นพลังงานทางทฤษฎีสูง อย่างไรก็ตาม พวกมันมีความไวต่อน้ำและออกซิเจน ต้องการเงื่อนไขการเตรียมและการจัดเก็บที่เข้มงวด และมีต้นทุนที่สูงกว่า
ความเร็วในการพัฒนาแบตเตอรี่รูปแบบแข็งที่ใช้เส้นทางออกไซด์อาจล้าหลังกว่าแบตเตอรี่รูปแบบแข็งที่ใช้เส้นทางซัลไฟด์ ซึ่งมีความนำไฟฟ้าและความหนาแน่นพลังงานที่สูงกว่า

**หมายเหตุ**: สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมหรือสอบถามเกี่ยวกับการพัฒนาแบตเตอรี่รูปแบบแข็ง โปรดติดต่อ:
โทรศัพท์: 021-20707860 (หรือ WeChat: 13585549799)
ผู้ติดต่อ: เชาซิงหยาง ขอบคุณ!