Pin Bán Rắn Đột Phá Thị Trường 100.000 Nhân Dân Tệ, MG4 SAIC Mở Ra Kỷ Nguyên Mới Với Giá 99.800 Nhân Dân Tệ

Tin tức SMM ngày 16 tháng 9:

Điểm chính: [NCM/ chất điện phân sulfide/ Ag@C] NCM, chất điện phân sulfide và Ag@C lần lượt đại diện cho vật liệu cực dương, chất điện phân và cấu trúc cực âm trong pin thể rắn. Sự kết hợp của chúng là một trong những hướng nghiên cứu cốt lõi trong phát triển pin mật độ năng lượng cao hiện nay.

Trong công nghệ pin toàn phần thể rắn, việc kết hợp sử dụng NCM (niken-coban-mangan) làm vật liệu cathode, sulfide làm chất điện phân và Ag@C (carbon phủ bạc) làm vật liệu anode là một cấu hình phổ biến. Sự kết hợp này tận dụng độ dẫn ion cao của chất điện phân sulfide và dung lượng cao cùng độ ổn định của anode carbon phủ bạc. Theo kết quả tìm kiếm, sự kết hợp giữa chất điện phân sulfide và vật liệu cathode NCM phản ứng ở nhiệt độ cao, tạo ra một lượng lớn SO₂ kèm theo giải phóng nhiệt lớn. Phản ứng này được gọi là con đường hỏng hóc phản ứng khí-rắn. Ngoài ra, cả chất điện phân sulfide và NCM811 đều thể hiện phản ứng tỏa nhiệt đáng kể. Trong đó, Li₃PS₄ và Li₇P₃S₁₁ bắt đầu phản ứng ở 200°C, và trong điều kiện gia nhiệt nhanh, NCM811 + chất điện phân rắn sulfide có thể xảy ra hiện tượng cháy nổ. Những đặc điểm này cho thấy sự kết hợp này có triển vọng ứng dụng tiềm năng trong pin toàn phần thể rắn, nhưng đồng thời cũng cần nghiên cứu sâu và tối ưu hóa về mặt an toàn.

I. NCM (Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide)
NCM là một vật liệu cathode ternary niken cao với công thức chung LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂, trong đó x thường ≥0.6 (ví dụ: NCM622, NCM811), và nó có những ưu điểm cốt lõi.
1. Mật độ năng lượng cao: Khi hàm lượng niken vượt quá 80%, dung lượng lý thuyết có thể đạt 200-210 mAh/g, cao hơn hơn 50% so với LFP truyền thống.
2. Điện áp làm việc cao: Điện áp xả trung bình khoảng 3.7-3.8 V. Khi kết hợp với chất điện phân sulfide, mật độ năng lượng pin có thể đạt 300-450 Wh/kg.
3. Hiệu quả chi phí: Hàm lượng coban giảm (ví dụ: chỉ 10% trong NCM811), dẫn đến giảm chi phí khoảng 30% so với NCM111.
Tuy nhiên, NCM phải đối mặt với các vấn đề giao diện khi tiếp xúc trực tiếp với điện phân sulfide：
１． Phản ứng phụ hóa học： NCM niken cao có thể oxy hóa điện phân sulfide （ví dụ： Li₆PS₅Cl） ở điện áp cao （＞４．２ V）， tạo ra các sản phẩm trở kháng cao như Li₂SO₄ và P₂S₅， dẫn đến sự gia tăng mạnh điện trở giao diện （lên tới hàng ngàn Ω·cm²）．
２． Giãn nở thể tích： NCM trải qua sự thay đổi thể tích khoảng １０－１５％ trong quá trình nạp và xả． Tiếp xúc với điện phân sulfide cứng có thể tạo ra ứng suất cơ học， gây ra sự bong tách giao diện．

II． Điện phân Sulfide
Điện phân sulfide là một loại điện phân trạng thái rắn với lưu huỳnh là anion chính． Ví dụ điển hình bao gồm：
１． Loại Argyrodite （ví dụ： Li₆PS₅Cl）： Độ dẫn ion ở nhiệt độ phòng cao tới １０⁻³－１０⁻² S／cm， gần bằng điện phân lỏng， và kết cấu mềm （mô đun Young ２０－３０ GPa）， đảm bảo tiếp xúc tốt với giao diện điện cực．
２． Loại LGPS （ví dụ： Li₁₀GeP₂S₁₂）： Thông qua pha tạp nguyên tố （ví dụ： Sb⁵⁺， O²⁻）， độ dẫn ion có thể được tăng thêm lên ２５ mS／cm， và độ ổn định không khí được cải thiện （cải thiện ２０ lần ở điểm sương －１０°C）．
Ưu điểm cốt lõi của chúng là：
１． Độ dẫn ion siêu cao： Các kênh vận chuyển ion lithium ba chiều （ví dụ： đường dẫn “４８h－１６e－４８h” trong Li₅．₅PS₄．₅Cl₀．₇₅Br₀．₇₅） đảm bảo nạp xả nhanh， h hỗ trợ tốc độ ２０C （nạp đầy trong １０ phút）．
２． An toàn cao： Không có điện phân lỏng， nhiệt độ phân hủy nhiệt ＞２００°C， vượt qua các thử nghiệm đâm đinh （không có ngọn lửa） và thử nghiệm hộp nóng （không nổ ở １３０°C）． Tuy nhiên， điện phân sulfide phải đối mặt với các thách thức sau：
１． Nhạy cảm với không khí： Chúng dễ dàng phản ứng với nước tạo ra khí H₂S （ví dụ： Li₆PS₅Cl ＋ H₂O → LiOH ＋ Li₂SO₄ ＋ H₂S↑）， yêu cầu sản xuất trong môi trường khí trơ với điểm sương ≤ －４０°C．
２． Ổn định giao diện： Khi tiếp xúc với cathode NCM， các ion kim loại chuyển tiếp （ví dụ： Ni²⁺） xúc tác sự phân h hủy sulfide， hình thành một lớp không gian tích điện cách điện （SCL） cản trở vận chuyển ion．

III． Ag＠C （Cấu trúc lõi－vỏ bạc－cacbon）
Ag@C là vật liệu chức năng t tổng hợp được tạo thành bằng cách bao bọc các hạt nano bạc (AgNPs) trong ma trận carbon để tạo cấu trúc lõi-vỏ. Chức năng của nó bao gồm: vật chủ anode + đệm thể tích
1. Vật chủ anode:
1.1 Hướng dẫn lắng đọng lithium: Độ dẫn điện cao của bạc (6,3×10⁷ S/m) và rào cản hạt nhân thấp (0,12 eV) thúc đẩy sự lắng đọng lithium đồng đều và ức chế sự phát triển đuôi gai. Anode tổng hợp Ag@C của Samsung SDI thể hiện khả năng duy trì dung lượng >90% sau 1.000 chu kỳ và mật độ dòng tới hạn 10 mA/cm².
1.2 Đệm thể tích: Ma trận carbon (ví dụ: graphene, ống nano carbon) dung nạp sự giãn nở thể tích kim loại lithium (200%), giảm ứng suất giao diện.
2. Điều chỉnh giao diện:
2.1 Ứng dụng phía cathode: Ag@C có thể đóng vai trò như lớp phủ bề mặt trên NCM, giảm trở kháng giao diện thông qua hiệu ứng xúc tác của bạc. Ví dụ, điện trở giao diện của NCM811 được sửa đổi bằng Ag@C với Li₆PS₅Cl giảm từ 800 Ω·cm² xuống 150 Ω·cm².
2.2 Điều chỉnh điện giải: Thêm Ag@C vào chất điện phân sulfide (ví dụ: vật liệu tổng hợp Li₆PS₅Cl/Ag@C) tăng cường cách điện điện tử (ngăn ngừa đoản mạch nội bộ) và cải thiện độ bền cơ học (khả năng chống đâm thủng >50 N/cm).

IV. Cơ chế hiệp đồng
1. Tối ưu hóa giao diện giữa NCM và chất điện phân sulfide
Lớp phủ bề mặt: Phủ NCM bằng lớp t tổng hợp LiNbO₃-Li₃BO₃ (độ dày ≤10 nm) tận dụng độ dẫn ion cao của LiNbO₃ (10⁻⁶ S/cm) và độ ổn định hóa học của Li₃BO₃ để ngăn chặn sự phân hủy sulfide. Ví dụ, pin SC-Ni92@LiNbO₃-Li₃BO₃/Li₆PS₅Cl thể hiện khả năng duy trì dung lượng 88,4% sau 100 chu kỳ ở 1C và dung lượng xả 150,1 mAh/g ở tốc độ 5C. Lớp phủ sulfide: Một lớp sulfide (ví dụ: Li₂S-P₂S₅) được hình thành trên bề mặt NCM thông qua phương pháp trạng thái rắn nhiệt độ thấp, ngăn chặn tiếp xúc trực tiếp và giảm thiểu hiệu ứng lớp điện tích không gian. Pin SC-Ni90-0,2%S/Li₆PS₅Cl thể hiện khả năng duy trì dung lượng 87% sau 500 chu kỳ ở 1C, với dung lượng diện tích 11,44 mAh/cm².

2. Vai trò của Ag@C trong Anode
Điều chỉnh sự lắng đọng kim loại lithium: Ag@C đóng vai trò như một lớp phủ bộ thu dòng, trong đó các hạt nano Ag ưu tiên tạo hợp kim Ag-Li (Li₃Ag) với lithium, dẫn hướng sự phát triển đồng đều của lithium dọc theo các lỗ xốp của ma trận carbon và ngăn chặn sự xuyên thủng của nhánh cây. Cực âm composite Ag@C của Samsung SDI đã thể hiện hiệu suất Coulomb >99,8% sau 1.000 chu kỳ ở mật độ năng lượng thể tích 900 Wh/L.

Ức chế phản ứng phụ: Ma trận carbon hấp phụ các loại lưu huỳnh (ví dụ: S²⁻) được tạo ra từ sự phân hủy sulfide, làm giảm sự lắng đọng Li₂S và kéo dài tuổi thọ pin. Tế bào đối xứng Ag@C/Li₆PS₅Cl/Li đã hoạt động ổn định trong hơn 1.000 giờ ở mật độ dòng 1 mA/cm².

V. Cấu trúc và hiệu suất pin điển hình
1. Cực dương: NCM811@LiNbO₃-Li₃BO₃
Thiết kế: NCM811 đơn tinh thể được phủ một lớp composite LiNbO₃-Li₃BO₃ dày 10 nm để tăng cường độ ổn định giao diện.
Hiệu suất: Khi kết hợp với chất điện phân Li₆PS₅Cl, pin cho thấy khả năng duy trì dung lượng >85% sau 500 chu kỳ ở điện áp cao 4,3 V, với mật độ năng lượng 350 Wh/kg.

2. Chất điện phân: Vật liệu composite Li₆PS₅Cl/Ag@C
Chuẩn bị: Ag@C (5% khối lượng) được trộn khô với Li₆PS₅Cl và ép nóng thành hình, độ dày 20 μm.
Hiệu suất: Độ dẫn ion ở nhiệt độ phòng là 1,2×10⁻² S/cm, mô đun uốn tăng từ 25 GPa lên 38 GPa, và khả năng chống đâm thủng được cải thiện 40%.

3. Cực âm: Cấu trúc composite kim loại Ag@C/Li
Quy trình: Lớp Ag@C (độ dày 5-10 μm) được lắng đọng trên lá đồng, sau đó lắng đọng điện hóa để tạo thành một lớp kim loại lithium (độ dày 20 μm).
Hiệu suất: Mật độ dòng tới hạn 12 mA/cm², thời gian xuyên thủng nhánh cây lithium >1.000 giờ sau 1.000 chu kỳ, và mật độ năng lượng thể tích 942 Wh/L.

VI. Tiến trình và thách thức công nghiệp hóa
Bố trí doanh nghiệp hàng đầu: Samsung SDI + CATLSamsung SDI: Pin sulfide với cực âm composite Ag@C đã bước vào giai đoạn thử nghiệm, với kế hoạch sản xuất hàng loạt vào năm 2027, cung cấp mật độ năng lượng 900 Wh/L và hỗ trợ phạm vi lái xe điện 800 km.
CATL: Phát triển pin NCM@LiNbO₃/Li₆PS₅Cl, dự kiến ra mắt mẫu vào năm 2025 với tuổi thọ chu kỳ vượt quá 2,000 chu kỳ.
Nút thắt kỹ thuật: Chi phí + Hiệu suất nhiệt độ thấp
Kiểm soát chi phí: Giá lithium sulfide (Li₂S) lên tới 150 USD/kg, chi phí vật liệu Ag@C khoảng 80 USD/kWh. Cần mở rộng sản xuất (ví dụ: phủ khô) để giảm chi phí dưới 100 USD/kWh.
Hiệu suất nhiệt độ thấp: Độ dẫn ion của chất điện phân sulfide giảm xuống 10⁻⁴ S/cm ở -20°C, cần tối ưu hóa thông qua vật liệu nano composite (ví dụ: Li₆PS₅Cl/Al₂O₃) hoặc chất hóa dẻo (ví dụ: chất lỏng ion).
Định hướng tương lai:
Đổi mới vật liệu: Phát triển NCM không coban (ví dụ: LiNiO₂) và cathode toàn sulfide (ví dụ: Li₂S/FeS₂) để tăng mật độ năng lượng vượt 500 Wh/kg.
Đột phá quy trình: Áp dụng công nghệ xếp chồng khô cuộn-tới-cuộn để tăng tốc độ sản xuất pin sulfide từ 0.5 m/phút lên 5 m/phút và năng suất từ 65% lên 95%.
Tóm tắt: Sự kết hợp giữa chất điện phân sulfide NCM/Ag@C là hướng đi chủ đạo trong nghiên cứu phát triển pin thể rắn hiện nay. Tận dụng mật độ năng lượng cao của NCM, độ dẫn ion cao của sulfide và khả năng điều chỉnh giao diện của Ag@C, hiệu suất t tổng thể của pin có thể được cải thiện toàn diện. Bất chấp thách thức về ổn định giao diện và chi phí, các đột phá trong thiết kế vật liệu và đổi mới quy trình dự kiến sẽ cho phép thương mại hóa quy mô lớn vào năm 2030, thúc đẩy những thay đổi cách mạng trong lĩnh vực xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng. Theo dự báo của SMM, lượng giao hàng pin toàn thể rắn dự kiến đạt 13.5 GWh vào năm 2030, với lượng giao hàng pin bán thể rắn là 160 GWh.

**Lưu ý:** Để biết thêm chi tiết hoặc thắc mắc về phát triển pin thể rắn, vui lòng liên hệ:
Điện thoại: 021-20707860 (hoặc WeChat: 13585549799)

Người liên hệ: Dương Triều Tinh. Cảm ơn!