21700 bitiyor, lityum iyon pil endüstrisi "yoldan çıkmış" mı?
18650'den 21700'e kadar tek bataryanın büyük boyuta gelmesi kesinlikle tek bataryanın kapasitesini ve enerji yoğunluğunu bir ölçüde artıracak ve batarya güç sistemi maliyetini düşürecek ancak 217000 batarya da çeşitli sorunlarla karşılaşacaktır.
Bu yılın Ocak ayında Tesla, 21700 lityum iyon pillerin kullanıldığını duyurdu ve "21700" lik bir kasırga endüstride aniden patladı. Silindirik lityum iyon pillerin kanadı olarak Tesla, 18650 pilleri elektrikli araçlara başarıyla uyguladıktan sonra, yerli pil şirketleri tarafından 18650'lik yoğun bir üretim dalgasını tetikledi. 18650 pil, elektrikli araçlarda, elektrikli aletlerde ve mobil güç kaynaklarında da yaygın olarak kullanıldı. uygulama.
Tesla'nın 21700 pilinin büyük ölçekli uygulaması da sektörde büyük beklentiler uyandırdı. Bu şartlar altında Uzak Doğu Foster, Lions New Energy, Shenzhen BAK, Yiwei Lithium Energy, Lishen Battery ve diğer akü firmalarının da aralarında bulunduğu akü firmaları 21700 akü konuşlandıracaklarını açıklarken aynı zamanda çok sayıda silindirik akü firması da büyük endişe dile getirdi. Teknik rezervler devam ediyor ve 21700 pil, şirketin gelecekteki ürün geliştirme planlarına dahil edildi.
Tesla 21700 batarya
Özellikle geçen ay içinde, pil şirketlerinin 21700 pil üretim hattı resmi olarak üretime girdi ve 21700 pili hızla bir "kasırga" haline getirdi. 28 Haziran'da Jinquan'da Yiwei Lithium Energy tarafından inşa edilen yıllık 3.5GWh kapasiteli, 21700 ve 18650 uyumlu 4 adet tam otomatik silindirik üretim hattı üretime alındı.Bu, Çin'deki 21700 pil üretim hattına yapılan ilk yatırım. 20 Temmuz'da Lishen Battery'nin 4GWh 21700 güç pil projesi üretime girdi.
18650'den 21700'e kadar, Tesla arkasındaki ana itici güçtü.Motivasyon, elektrikli araçlarının maliyetini düşürmekti.Yerli şirketler de aynı yolu izleyerek liderliği ele geçirdi. Ancak yazarın görüşüne göre, yerel endüstri tarafından başlatılan 21700 "kasırga", lityum iyon pillerin teknolojik ilerlemesini ve endüstriyel gelişimini gerçekten teşvik etmek için neredeyse hiçbir anlama sahip değil.
21700'de pil gücü sisteminde sınırlı iyileştirmeler var
Tesla'nın ifşa ettiği bilgiye göre Tesla'nın ürettiği 21700 pil hücresinin özgül enerjisi, 18650 pilin enerji yoğunluğundan% 20 daha fazla olan 300Wh / kg'a ulaşır, hücre kapasitesi% 35 artırılır ve maliyet% 9 azaltılarak 155 ABD $ / KWh ile aynı enerji için gereken pil sayısı yaklaşık 1/3 azaltılabilir ve sistem ağırlığı% 10 azaltılabilir.
Yiwei Lithium Energy'ye göre 21700 pil kapasitesi, 18650 pil kapasitesinden% 50 daha fazla olan 4Ah'ye ulaşıyor; enerji yoğunluğu 18650 pilden% 5 -% 10 daha yüksek olan 215Wh / kg; grup sayısı yaklaşık% 30 azaldı ve ürün direkt oranı -% 96. Tianjin Lishen tarafından piyasaya sürülen yüksek kapasiteli 21700 pil ürününe göre, 4Ah'lik tek bir pil kapasitesinin enerji yoğunluğu 210Wh / kg ve 5Ah'lik tek bir pil kapasitesinin enerji yoğunluğu 260Wh / kg'dır.
Lishen 21700 pil serbest bırakma sitesi
Yukarıda adı geçen firmaların 21700 pil verileri karşılaştırıldığında 18650 pil ile kıyaslandığında 21700 pilin tek kapasitesinin% 35-50 arttığı, enerji yoğunluğunun% 5-20 daha fazla olduğu ve grup sayısının yaklaşık üçte bir oranında azaldığı görülmektedir. Yüzeyde, 21700 pilin performansı önemli ölçüde arttı, ancak aslında hayal edildiği kadar iyi değil.
18650 pil 21700 ile karşılaştırıldığında, pil hacmi% 46,5 artmıştır ve buna karşılık gelen hücre kapasitesi yaklaşık% 45 artmalıdır.Aynı kapasitedeki güç pil paketinde kullanılan 21700 pil sayısı 18650 pilden yaklaşık% 40 daha az olmalıdır; kabuk kalınlığının aynı olduğu varsayılırsa Aşağıda, 21700 pil kabuğunun ağırlığı 18650'ninkinden% 26,9 daha fazla. Pil malzemelerinin artan ağırlığı göz önüne alındığında, 21700 pilin ağırlığı 18650'den yaklaşık% 35 daha fazla olmalıdır. Bu hesaplamaya göre, 21700 tek hücrenin enerji yoğunluğu, 18650'ninkinden yaklaşık% 10 daha yüksektir. Çeşitli şirketler tarafından yayınlanan 21700 pil verisi ile karşılaştırıldığında, temelde teorik hesaplama sonuçlarıyla tutarlıdır.
21700 bataryanın hücre kapasitesi ve enerji yoğunluğu, 18650 bataryaya göre farklı derecelerde iyileştirilmiş olsa da, aynı enerji altında batarya sayısı azalacak ve bu da Paketin tamamındaki metal bağlantı sayısını azaltacaktır. Bununla birlikte, boyutu da artmıştır ve güç pil sistemi gruplandırıldığında tek hücreler arasındaki güvenlik ve artıklık alanı da artmıştır Nihai sonuç, sistem ağırlığının yaklaşık% 10 ve güç pil sisteminin maliyetinin% 10'dan daha az azalmasıdır.
Yani 18650'den 21700'e, tek bataryanın performansı önemli ölçüde artmış olmasına rağmen, batarya gücünün enerji yoğunluğu artışı ve maliyet düşüşü sadece% 10'dur ki bu tek batarya kadar açık değildir.
Tek kutuplu itme, piyasa görünümü iyimser değil
Şu anda yalnızca Tesla, elektrikli araçlarının maliyetini düşürmek ve elektrikli araçlarının pazar rekabet gücünü artırmak olan elektrikli araçlar alanında 21700 pilin uygulanmasını şiddetle teşvik ediyor. Bunun nedeni Tesla'nın lityum iyon pil paketi teknolojisindeki avantajlarında yatmaktadır.Güç pil sistemi, aynı zamanda temeli olan karmaşık seri ve paralel bağlantılarla yaklaşık 8.00018650 pilden oluşmaktadır.
Tesla pil paketi teknolojisinin belirgin avantajları vardır
Bununla birlikte, pazar rekabetinin gittikçe sertleşmesiyle birlikte, düşük kaliteli pazara genişlemek için Tesla'nın acilen pil sisteminin ve hatta tüm aracın maliyetini düşürmesi gerekiyor. 18650 pil neredeyse uç noktaya ulaştığında (süreç çok olgunlaştığında, tek pilin maliyeti temelde hammaddelerin fiyat değişikliklerine bağlıdır), lityum iyon pil teknolojisi önemli bir atılım yapmadığında, büyük boyutlu tek pilin geliştirilmesi iyi bir şeydir. İyi bir yol, bu yüzden 21700 pil Tesla'nın görüş alanına girdi.
Doğrulamanın ardından Tesla 21700 pil üretmeye ve kullanmaya başladı. 21700'ün avantajları birçok akü şirketi ve endüstri uzmanları tarafından kabul edilmiştir.Yerel akü üreticileri yanıt vermiş ve 21700 pilin sanayileşmesine aktif olarak yatırım yapmıştır.
Ancak buna paralel olarak yerli elektrikli araç şirketleri sert tepki gösterdi. Çin'de çok az sayıda elektrikli araç şirketi Tesla'ya benzer pil paketi teknolojisi kullandığı sürece bunların çoğu kare ve yumuşak paket pillerdir ve 21700 pil bir yana 18650 pil kullanmalarına gerek yoktur. 18650 batarya kullanan elektrikli araç firmaları olsa bile batarya modüllerinin, PACK'lerinin, kabinlerinin ve araç şasisinin yapısal tasarımı temelde şekillenmiş ve 21700 batarya kullanma niyetinde neredeyse yok.
Tesla'nın, yeni bataryaya uyum sağlayabilmek için, 21700 bataryanın enerji yoğunluğunu ve kapsamlı maliyet avantajlarını en üst düzeye çıkarabilen Model 3 için özel olarak yeni bir batarya paketi modülü ve Paket yapısı ve şasi yapısı tasarladığını bilmek önemlidir, ancak çoğu yerli şirketin sahip olduğu Tamamen ileriye doğru gelişme yeteneği yok. Ek olarak, 21700 bataryası piyasa tarafından kör bir şekilde doğrulanmadı ve 21700'ün doğrudan piyasaya sürülmesi, yeni enerji araçları için büyük bir güvenlik riski oluşturacak.
18650'den 21700'e kadar tek bataryanın büyük boyuta gelmesi kesinlikle tek bataryanın kapasitesini ve enerji yoğunluğunu bir ölçüde artıracak ve batarya güç sistemi maliyetini düşürecek ancak 217000 batarya da çeşitli sorunlarla karşılaşacaktır.
21700 pil güvenlik riskleri artıyor
İlk olarak, ürün performansı garanti edilebilir mi? Ar-Ge ve üretim alanındaki yılların deneyiminden sonra, 18650 pil, tek tip boyut ve yükseklik standardı, olgun üretim süreci, yüksek güvenlik ve tutarlılığı, düşük maliyeti ve yüksek enerji yoğunluğu ile endüstride oldukça tanınmıştır ve çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Panasonic ve Samsung SDI'nın 18650 pillerinin verim oranı genel olarak% 98'in üzerinde, yurtiçi verim oranı ise genellikle% 90 civarında. Ancak 21700'e geçtikten sonra, üretim süreci henüz tam olarak olgunlaşmadı, verim oranı kesinlikle etkilenecek ve ürünün tutarlılığını garanti etmek zor.
İkincisi, güvenlik risklerinin nasıl önleneceğidir? Genel olarak konuşursak, lityum iyon pil hücresinin hacmi ne kadar büyükse, enerji yoğunluğu o kadar yüksek olur ve güvenlik riski geometrik olarak artar. Yıllarca süren teknik araştırma ve uygulama uygulamalarının ardından 18650 pilin güvenliği ve güvenilirliği herkes tarafından kabul edildi. 21700 pil henüz pazar tarafından test edilmemiştir Güvenlik ve güvenilirliği nasıl sağlanır? Özellikle gruplar halinde binlerce pil ile güvenlik riski yüzlerce kat artmaktadır.
Üçüncüsü, kapsamlı maliyetin bir avantajı olup olmadığıdır? Tesla ve Yiwei Lithium Energy gibi diğer batarya firmaları 21700 bataryanın enerji yoğunluğu, imalat maliyeti ve PACK maliyeti açısından 18650'den daha fazla avantaja sahip olduğunu belirtmiş olsalar da, batarya fiyatını düşürebilen ve araç imalat maliyetini düşürebilen firma. Etkili yol.
Genel olarak, 21700 pilin görünümü iyimser değil.
Darboğazları aşmak zordur, lityum iyon piller koruma altındadır
Son 30 yılda, lityum iyon piller muazzam değişikliklere uğradı. Biçim açısından, ilk kareden sonraki silindirik bataryaya, yumuşak bataryaya kadar. Kapasite açısından en başından beri bir cep telefonunda kullanılan bir lityum iyon bataryanın kapasitesi 500 mAh'den azken, şimdi bir cep telefonunda kullanılan bir batarya 4000mAh kapasiteye sahipken, elektrikli araçlarda kullanılan tek bir bataryanın kapasitesi 100Ah'yi aşıyor.
Ana malzemeler hızla ilerliyor.Pozitif elektrot malzemeleri lityum kobalt oksitten lityum bakımından zengin lityum mangan oksit, lityum nikel kobalt manganat, lityum nikel kobalt alüminat, lityum demir fosfat vb. , Lityum Kobalt Fosfat (LiCoPO4), vb.; Anot malzemesi başlangıçta doğal grafit, mezofaz karbon mikro küreler ve diğer malzemelere dayanıyordu ve daha sonra yapay grafit, petrol kok, karbon fiber, pirolitik reçine karbon ve diğer karbon malzemeleri ve lityum titanata genişletildi, Sanayileştirilmemiş diğer malzemeler arasında kalay bazlı anot malzemeleri, alaşım anot malzemeleri ve lityum içeren geçiş metal nitrür anot malzemeleri bulunmaktadır.
Elektrolit sıvıdan polimere ve çok popüler katı elektrolite genişlemiştir; diyafram esas olarak polietilen ve polipropilen gibi poliolefin mikro gözenekli membranları kullanır.Diğer diyafram türleri arasında poliviniliden florür (PVDF), selüloz kompozit membran bulunur, Poliimid membran (PI), nanofiber membran vb.
Uygulama alanları açısından, cep telefonlarının ilk kullanımından dizüstü bilgisayarlar gibi tüketici elektroniği ürünlerine kadar, artık elektrikli aletler, elektrikli oyuncaklar, elektrikli bisikletler ve elektrikli arabalar dahil olmak üzere çeşitli yaşam alanlarına girmiştir. Bununla birlikte, elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte, lityum iyon pillerin düşük enerji yoğunluğu ve uzun şarj süresi sorunları daha da ön plana çıkmış ve bu da lityum iyon pillerin gelişimini kısıtlayan kilit bir faktör haline gelmiştir.
Lityum iyon piller, pozitif elektrot malzemesi, negatif elektrot malzemesi, ayırıcı ve elektrolit artı elektrotlarla çok basit görünür. Aslında, ona göze çarpmadan bakmayın, lityum iyon pil malzeme sistemi çok katıdır ve gerçekten tüm vücudu etkiler. Bir kuruş bile olsa taşımak istiyorsanız, bunun sadece yeni bir malzeme ile değiştirilmiş bir elektrot olduğunu ve hiç kimsenin yıllarca test yapmadan bir bilet paketlemeye cesaret edemeyeceğini varsayalım.
Bu aynı zamanda, lityum iyon pil malzemeleri üzerine yapılan araştırmanın şu anda çok sıcak olmasının temel nedenidir, çeşitli yeni malzemeler ve birbiri ardına ortaya çıkan yeni teknoloji raporları, lityum iyon pillerin ilerlemesi yavaş ve malzeme sistemi temelde değişmez. Aynı zamanda, çeşitli yeni tip pillerin araştırma, geliştirme ve sanayileşmesi hızlanıyor ve bu da doğrudan lityum iyon pillerin zayıf yönlerine işaret ediyor.
Alüminyum hava metal yakıt hücresi yığını
Çinko, magnezyum, lityum ve alüminyum gibi metal yakıt hücrelerinin özgül enerjisi, mevcut lityum iyon pilleri büyük ölçüde aşan 1000 Wh / kg'a kadar bile 300 Wh / kg'ı aşıyor; ve konik nano tüp silikon malzemelerin veya 3D gözenekli nano silikonun kullanılması Negatif elektrot malzemesi olarak, lityum iyon pillerin şarj süresi mevcut birkaç saatten yaklaşık 10 dakikaya indirilebilir; organik geri akış pilleri, süper kapasitörler, çift karbon piller ve katı hal lityum iyon piller gibi teknolojiler, lityum iyon pillerin mevcut yangın sorunlarını etkili bir şekilde çözebilir. .
Temel bağlantılarda atılımları hızlandırmak için uygulama çekişi
Tesla, elektrikli araçların geliştirilmesi için yeni fikirler sağlamak için 21700'ü benimsese de, endüstrinin odak noktasını sürecin ilerlemesine değiştiriyor.Lityum iyon pillerin performansı önemli ölçüde iyileştirilmediğinde, temel nedenden ziyade semptomları tedavi edebilir. Lityum iyon pillerin uzun vadeli gelişimini teşvik etmek için anahtar, asıl nedeni iyileştirmektir.
Yazar alçakgönüllülükle, uygulama pazarı talebinin lityum iyon pillerin ilerlemesini yönlendiren en büyük güç olduğuna inanıyor. İkincil pillerin geliştirme geçmişi bu noktayı tam olarak kanıtlamaktadır: Nikel-kadmiyum, nikel-metal hidrit ve diğer pillerin yükselişi, küçük tüketici pil ürünleri pazarı tarafından yönlendirilmektedir ve düşüş aynı zamanda bu pazarın lityum iyon piller tarafından aşındırılmasıdır.
Kurşun-asit bataryalar, ikincil bataryaların en büyük pazar payını işgal edebilirler, çünkü dayanıklılıklarının da kaynağı olan otomotiv start-stop batarya pazarını işgal ederler, ancak yeni uygulama pazarlarının olmaması nedeniyle, kurşun-asit batarya teknolojisindeki ilerleme çok sınırlıdır. Lityum iyon pillerle güçlü bir rekabetle karşı karşıya.
Şu anda, lityum iyon piller tüketici elektroniği pazarını tamamen işgal etti Tüketici elektroniği ürünleri değişmeye devam ettikçe lityum iyon piller de ilerliyor çünkü tüketici elektroniği pazarında lityum iyon pillerle rekabet edebilecek ikincil bir şey yok. Piller, lityum iyon piller de tüketici elektroniği pazarını uzun süre meşgul edecek.
Lityum iyon piller, elektrikli araç pazarını başarıyla açtı
Aynı zamanda, lityum iyon piller, elektrikli aletler, elektrikli bisikletler ve elektrikli araçlar için güç pili pazarında kademeli olarak açılıyor ve gelecekteki teknolojik ilerleme için iyi bir ivme sağlıyor.Ayrıca, yakıt hücreleri ve akış pilleri gibi yeni piller hala piyasada. İlk aşamada, lityum iyon pillerin teknolojik dönüşümü için nadir bir tarihsel fırsat sağlayan sanayileşmeye gitmek için hala uzun bir yol var.
Bu nedenle yazar, lityum iyon pillerin gelecekteki gelişim yönünün, güç pilleri ve enerji depolama pillerini hedeflemesi gerektiğine inanmaktadır.Rakiplerin henüz geliştirmedikleri fırsat döneminde, aküye özgü enerjiyi artırarak, üretim maliyetlerini düşürerek ve döngü sayısını artırarak otomotiv güç pazarını aktif olarak işgal edecekler. Enerji depolama pazarını genişletin, kurşun-asit pil pazar alanını daraltın ve uygun bir rekabet konumu elde etmek için yakıt hücreleri ve akış pilleri gibi yeni pillerin sanayileşme sürecini etkilemek için sanayileşmenin avantajlarını kullanın.
Yukarıdaki hedeflere ulaşmak için en temel şey, lityum iyon pillerde devrim niteliğinde değişiklikler elde etmektir. Lityum iyon pillerin mevcut malzeme yapısından yola çıkarak, katot malzemeleri, ister günümüzde sanayileşmiş lityum kobalt oksit, lityum manganat, üçlü malzeme ve lityum demir fosfat olsun, lityum-iyon pil performansının iyileştirilmesini kısıtlayan en kritik faktör haline gelmiştir. Araştırmadaki çeşitli yeni katot malzemelerinin sınırlamaları vardır: birincisi, teorik özgül enerji, negatif elektrot malzemesine kıyasla sınırlıdır; ikincisi, gerçek özgül enerji ile teorik değer arasında büyük bir boşluk vardır; üçüncüsü, lityum iyon pilin şarj süresi çok uzun. Hızlı ise katot malzemesinin yapısında değişikliklere neden olmak kolaydır.
Katot malzeme atılımı, promosyonu ölçeklendirmenin anahtarıdır
Bu nedenle yazar, lityum iyon pillerde devrim niteliğinde değişiklikler elde etmek için önce katot malzemelerinin sınırlamalarını aşmamız gerektiğine inanıyor. Bir yandan, yüksek çalışma voltajı, yüksek teorik ve gerçek özgül enerji, iyi sıcaklık özellikleri, zengin malzeme kaynakları, uzun çevrim ömrü, güvenlik ve güvenilirlik ve düşük maliyetli yeni katot malzemeleri geliştirmeye devam edin.Malzeme özelliklerinden ve geçmiş katottan Malzeme araştırmalarının tarihine göre bunu başarmak çok zordur ve 10 veya 20 yıl içinde tamamlanma olasılığı son derece düşüktür.
İkincisi, mevcut katot malzemelerinin potansiyeline tam anlamıyla oynamak, nanoteknoloji ile temsil edilen yeni malzeme hazırlama tekniklerini ve karbon nanotüpler ve grafen gibi yeni malzemeleri yaratıcı bir şekilde kullanmak ve mevcut katot malzemelerini değiştirerek ve kaplayarak mevcut durumu iyileştirmektir. Düşük özgül enerji, uzun şarj süresi ve mevcut katot malzemelerinin yüksek üretim maliyeti gibi mevcut sorunları çözen, güç piyasasında ve enerji depolama pazarında lityum iyon pillerin uygulanmasını hızlandıran katot malzeme hazırlama süreçleri bulunmaktadır.
Yazar, ikinci yöntemin gerçekleştirilme olasılığının daha yüksek olduğuna inanıyor.Birincisi, mevcut lityum iyon pil malzeme sisteminde büyük değişiklikler gerektirmiyor, sadece küçük ayarlamalar, düşük zorluk ve kısa süre; ikincisi, nanoteknoloji gibi yeni teknolojiler ve Karbon nanotüpler ve grafen gibi yeni malzemeler sürekli olarak olgunlaşıyor ve lityum iyon pillerdeki uygulamaları için iyi bir temel oluşturuyor.
Katot materyali bir atılım gerçekleştirdiğinde, lityum iyon pilin tüm materyal sisteminin kaçınılmaz olarak değişmesi gerekecektir, ancak bu şekilde lityum iyon pilin performansı temelden iyileştirilebilir. Tabii ki, diyaframlarda ve elektrolitlerde ilerleme sağlamak da zordur.Karşılaştırıldığında, anot malzemelerindeki atılımlar çok daha az zordur. Ek olarak, lityum iyon pillerin özgül enerjisini artırmada ve maliyetleri düşürmede önemli bir faktör olan pil hazırlama teknolojisi ve pil paketi teknolojisinin geliştirilmesi gereklidir.
Yazar: CCID düşünce kuruluşu, Elektronik Bilgi Endüstrisi Enstitüsü / Yu Xuesong
Kaynak: Power Battery Network sd-dldc
