Actualités SMM du 19 septembre :
Présentation de « 100 Questions sur l’Industrie des Batteries à État Solide - Décryptage de la Révolution des Batteries de Prochaine Génération »
Après que les batteries lithium-ion ont alimenté la première vague de l’industrie mondiale de l’énergie nouvelle, la course à la « technologie de batterie de prochaine génération » est devenue l’arène centrale pour redessiner le paysage industriel — et les batteries à état solide sont le « game-changer » le plus observé dans cette compétition. Avec leur innovation essentielle d’« absence d’électrolyte liquide », elles résolvent la contradiction fondamentale entre la sécurité et la densité énergétique des batteries lithium traditionnelles. Non seulement elles portent l’attente des utilisateurs pour que les véhicules électriques atteignent une autonomie de plus de 1 000 kilomètres et une charge rapide en moins de dix minutes, mais elles concernent également les mises à niveau de la forme d’énergie dans des domaines tels que les systèmes de stockage d’énergie, l’électronique grand public et l’aérospatiale, influençant profondément la répartition mondiale des ressources de lithium et le processus de neutralité carbone.
Cependant, l’industrie actuelle des batteries à état solide se trouve à une période critique où « coexistent une multitude de technologies avec le brouillard de l’industrialisation » : les voies sulfure, oxyde et polymère présentent chacune leurs avantages et inconvénients, et il existe diverses opinions sur les périodes d’industrialisation pour les états semi-solides et entièrement solides. Des défis réels tels que les coûts des matériaux, la compatibilité des équipements et l’établissement de normes doivent être clarifiés. Du laboratoire à la chaîne de production, de l’extrémité politique à l’extrémité consommatrice, différents participants ont encore des lacunes et des biais d’information dans leur compréhension des batteries à état solide. Le marché a un besoin urgent d’un texte de référence qui combine du contenu systématique, pratique et opportun pour combler l’écart entre le « langage technique » et le « langage du marché ». Il y a de nombreuses questions et attentes concernant sa reconnaissance sur le marché : quand deviendra-t-elle largement répandue ? Quels changements apportera-t-elle à la chaîne industrielle ? Comment transformera-t-elle notre mode de production et de vie ?
Pour répondre de manière systématique à ces préoccupations du marché, SMM, avec ses connaissances approfondies du domaine de l’énergie nouvelle et ses vastes échanges avec l’académie, la recherche et l’industrie, a compilé ce « 100 Questions sur l’Industrie des Batteries à État Solide » en rassemblant les points de vue de nombreux experts. Ce livre est divisé en dix chapitres, couvrant les connaissances de base, les principes techniques, les systèmes de matériaux, les stratégies d’entreprise, l’analyse des coûts, les politiques et les normes, les scénarios d’application et les perspectives futures. Il vise à analyser de manière exhaustive et multidimensionnelle le développement actuel et les tendances futures de l’industrie des batteries à état solide à travers cent questions clés.
Ce « Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide » n’est pas simplement un manuel technique ou une liste de données : il commence par la compréhension fondamentale de « qu’est-ce qu’une batterie à l’état solide », approfondit le noyau technique comme l’impédance d’interface et le choix de la voie d’électrolyte, s’étend aux questions clés d’industrialisation telles que l’investissement en lignes de production, la disposition des brevets et les systèmes de recyclage, et se concentre finalement sur l’échelle du marché et la transformation sociale d’ici 2030. Que vous soyez un « débutant » venant tout juste de vous familiariser avec les batteries à l’état solide ou un « praticien » profondément impliqué dans l’industrie, vous pouvez trouver ici des informations pertinentes : peut-être une référence comparative pour les voies techniques, une base pour juger des tendances des coûts, ou une vue panoramique des dispositions des entreprises.
Table des matières de « Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide - Décoder la Révolution de la Batterie de Nouvelle Génération »
I. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Connaissances de Base
II. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Principes Techniques
III. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Systèmes de Matériaux
IV. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Dispositions des Entreprises
V. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Chaîne Industrielle et Coûts
VI. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Politiques et Normes
VII. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Défis et Tendances
VIII. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Scénarios d’Application
IX. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Recyclage et Protection de l’Environnement
X. Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide : Perspectives FuturesChapitres 1–3 : Noyau Technologique — Décrypter la Logique Sous-jacente des Batteries à l’État Solide
Chapitres 4–6 : Écosystème Industriel — Esquisser le Chemin de Commercialisation des Batteries à l’État Solide
Chapitres 7–10 : Perspectives Futures — Explorer les Applications et la Forme Ultime des Batteries à l’État Solide
Trilogie de « Cent Questions sur les Batteries à l’État Solide : Décoder la Révolution de la Batterie de Nouvelle Génération » Première Partie : La Logique Sous-jacente — Noyau Technique · Décrypter les Principes Fondamentaux des Batteries à l’État Solide
I. Connaissances de Base : Cent Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide (Partie 1)
Q1 : Qu’est-ce qu’une batterie à l’état solide ?
Ａ：Une batterie tout solide (ASSB) est un type de batterie qui utilise un électrolyte solide pour remplacer l'électrolyte liquide traditionnel, reposant sur des matériaux solides pour conduire les ions. Ses avantages principaux sont une sécurité élevée et un grand potentiel de densité énergétique.
Ｑ２：Quelle est la différence fondamentale entre les batteries à l'état solide et les batteries au lithium liquide？ Quels sont les avantages des batteries tout solide？
Ｒ：La différence la plus cruciale réside dans la forme de l'électrolyte. Les batteries liquides utilisent un électrolyte liquide, tandis que les batteries à l'état solide utilisent un électrolyte solide. Cela apporte trois avantages majeurs：une sécurité nettement améliorée, une densité énergétique considérablement accrue et une durée de cycle prolongée. Les données les plus récentes montrent que la densité énergétique théorique des batteries tout solide peut atteindre 500 Wh/kg, soit plus du double de celle des meilleures batteries au lithium actuelles. Les principaux avantages des batteries tout solide incluent une sécurité, une densité énergétique et une durée de cycle supérieures, ainsi qu'une plage de températures de fonctionnement plus large.
Ｑ３：Est-ce que « solide » dans les batteries à l'état solide signifie absolument aucun liquide？
Ｒ：Strictement parlant, « tout solide » signifie complètement exempt d'électrolyte liquide, mais l'industrie a aussi des batteries « semi-solides », selon la voie technique spécifique.
Ｑ４：Comment la « haute sécurité » des batteries à l'état solide se manifeste-t-elle？
Ｒ：Les électrolytes liquides sont inflammables, tandis que la plupart des électrolytes solides ne le sont pas, réduisant grandement le risque d'emballement thermique et offrant une plus grande stabilité dans des scénarios tels que les perforations ou les hautes températures.
Ｑ５：À quel niveau la densité énergétique des batteries à l'état solide peut-elle atteindre？
Ｒ：Théoriquement, la densité énergétique des batteries tout solide peut dépasser 500 Wh/kg, bien au-dessus de la limite supérieure d'environ 300 Wh/kg pour les batteries au lithium liquide, permettant aux véhicules électriques d'atteindre facilement une autonomie de plus de 1 000 kilomètres.
Ｑ６：Les batteries à l'état solide sont-elles uniquement au lithium？
Ｒ：Non, il existe aussi des batteries au sodium solide, des batteries au zinc solide et d'autres. Cependant, les efforts actuels d'industrialisation se concentrent principalement sur les batteries au lithium à l'état solide en raison de l'efficacité plus élevée de la migration des ions lithium.
Ｑ７：Quand les batteries à l'état solide seront-elles commercialisées à grande échelle？Ｒ：En deux étapes：batteries semi-solides et batteries tout solide. Certaines entreprises ont déjà appliqué des batteries semi-solides en petits lots, et plus de modèles de voitures pourraient en être équipés d'ici 2025-2026. Les batteries tout solide sont encore au stade de la R＆D et de la production pilote. Les entreprises de premier plan s'engagent à construire des lignes de production de démonstration au niveau du mégawattheure, se concentrant principalement sur la voie de l'électrolyte oxyde；les batteries tout solide utilisant des systèmes sulfures n'ont pas encore été installées dans des véhicules et ne sont actuellement qu'au stade d'échantillons de laboratoire de petite capacité. On prévoit que les batteries tout solide atteindront une production de masse à petite échelle et seront utilisées dans des véhicules d'ici 2027-2028, et une application commerciale à grande échelle sera réalisée vers 2030. En termes de lignes de production, la capacité totale en 2025 est d'environ 0,6 GWh, et elle devrait atteindre 1,2 GWh d'ici 2025.
Ｑ８：Quelles caractéristiques des batteries à l'état solide les consommateurs devraient-ils le plus surveiller？
Réponse : Les utilisateurs ordinaires peuvent se concentrer sur la « sécurité + autonomie + vitesse de charge ». Les batteries à l’état solide résolvent théoriquement ces trois points sensibles simultanément.
Q9 : Les batteries à l’état solide appartiennent-elles à la même catégorie que les « batteries Lame » et « batteries Qilin » ?
Réponse : Non, les batteries Lame et Qilin représentent des innovations structurelles des batteries lithium liquide, relevant d’une « amélioration des batteries liquides » ; les batteries à l’état solide sont une « révolution des voies technologiques », avec des systèmes d’électrolyte totalement différents.
Q10 : Depuis combien de temps existe la recherche et développement sur les batteries à l’état solide ?
Réponse : La recherche fondamentale remonte aux années 1970, mais en raison des limitations des matériaux et des procédés, les percées industrielles n’ont eu lieu que durant la dernière décennie.
II. 100 Questions sur l’Industrie des Batteries à l’État Solide - Principes Technologiques
Q11 : Comment les batteries à l’état solide conduisent-elles l’électricité ?
Réponse : Par migration ionique au sein de l’électrolyte solide, tandis que les électrons sont conduits via le circuit externe. Le principe est le même que pour les batteries liquides, sauf que le milieu de transmission ionique passe du liquide au solide.
Q12 : La conductivité ionique des électrolytes solides est-elle suffisante ?
Réponse : Les électrolytes d’oxyde précoces avaient une faible conductivité, mais la conductivité à température ambiante des électrolytes de sulfure approche désormais celle des électrolytes liquides, répondant aux besoins pratiques.
Q13 : Pourquoi les batteries à l’état solide peuvent-elles améliorer la densité énergétique ?
Réponse : Premièrement, elles peuvent utiliser des anodes en lithium métallique, et deuxièmement, les électrolytes solides plus minces peuvent réduire « l’espace inefficace » à l’intérieur de la batterie. Q14 : Quelle Est la Durée de Vie des Batteries à l’État Solide ?
R : En laboratoire, certaines batteries tout solide ont atteint plus de 3 000 cycles. Cependant, les problèmes de stabilité d’interface doivent être résolus avant la production de masse. Actuellement, la durée de vie des batteries semi-solides est proche de celle des batteries liquides.
Q15 : Les Batteries à l’État Solide Chargent-elles Rapidement ?
R : Théoriquement, les propriétés de migration ionique des électrolytes solides supportent une charge à haut taux C, avec le potentiel d’atteindre « 80 % de charge en 10 minutes » à l’avenir. Cependant, cela nécessite encore une compatibilité avec les matériaux des électrodes positive et négative.
Q16 : L’Impédance d’Interface Est-Elle un Défi Central pour les Batteries à l’État Solide ?
A: Oui. Le contact à l'interface entre les électrolytes solides et les électrodes positive/négative n'est pas aussi « étroit » qu'avec les électrolytes liquides, ce qui peut facilement entraîner une impédance, une dégradation de la capacité et affecter les performances et la stabilité de la batterie. C'est actuellement un axe majeur de recherche.
Q17: Comment résoudre le problème d'impédance d'interface ?
A: Il existe de nombreuses méthodes, telles que l'application de couches tampons à l'interface, l'utilisation de la technologie de polymérisation in situ pour améliorer le contact et le développement d'électrolytes composites. Différentes entreprises poursuivent diverses voies techniques.
Q18: Les batteries à l'état solide nécessitent-elles des équipements de production spéciaux ?
A: Oui. Des équipements tels que la préparation d'électrodes sèches et l'encapsulation par pressage à chaud sont nécessaires, ce qui diffère significativement des lignes de production de batteries liquides. C'est également l'un des obstacles de coût à l'industrialisation.
Q19: Comment sont les performances à basse température des batteries à l'état solide ?
A: La migration ionique dans les électrolytes solides est moins affectée par la température que dans les électrolytes liquides, ce qui donne théoriquement de meilleures performances à basse température. La rétention de capacité à -20 °C pourrait être supérieure de plus de 20 % à celle des batteries liquides.
Q20: Les batteries à l'état solide auront-elles un problème de « dendrites de lithium » ?
A: Oui, mais la résistance mécanique des électrolytes solides peut supprimer la pénétration des dendrites de lithium, les rendant plus sûres que les batteries liquides. Cependant, des précautions sont encore nécessaires dans des conditions extrêmes.
III. 100 questions sur l'industrie des batteries à l'état solide - Systèmes de matériaux
Q21: Quels sont les principaux types d'électrolytes solides ?
A: Il existe trois types principaux : oxyde, sulfure et polymère, ainsi que des types émergents comme les halogénures.
Q22: Quel électrolyte a le plus de potentiel d'industrialisation ?
A: Les électrolytes sulfurés ont la conductivité la plus élevée et sont faciles à amincir, ce qui en fait la direction principale pour les batteries tout solide. Les oxydes offrent une bonne stabilité et sont adaptés pour l'état semi-solide ou des applications spécifiques. Les polymères sont peu coûteux et flexibles. Q23: Quels sont les avantages et inconvénients des électrolytes solides sulfurés, et quels sont les défis techniques centraux ?
Ａ：Les électrolytes solides sulfurés sont très appréciés pour leur conductivité ionique extrêmement élevée et leur bonne stabilité chimique interfaciale. Cependant, ils sont sensibles à l’humidité et susceptibles de libérer des gaz toxiques, nécessitant un contrôle environnemental strict lors de la production et de l’utilisation, ce qui augmente la difficulté et le coût du processus.
Le défi central actuel réside dans la façon de les former en membranes d’électrolyte à haute densité, haute conductivité et structurellement stables grâce à des procédés de compactage efficaces. Les techniques conventionnelles de laminage et de découpe peinent à répondre à leurs exigences de performance mécanique et électrochimique.
Ｑ24：Quels sont les matériaux représentatifs des électrolytes solides oxydes？
Ｒ：Un exemple typique est le LLZO de type grenat, qui offre une bonne stabilité chimique mais une conductivité à température ambiante relativement faible. Il est souvent utilisé sous forme composite avec d’autres matériaux.
Ｑ25：Les matériaux cathodiques des batteries à l’état solide sont-ils les mêmes que ceux des batteries liquides？
Ｒ：La plupart sont réutilisés, tels que le NCM, le NCA et le LFP. En raison de sa densité d’énergie théorique limitée (les estimations de l’industrie suggèrent qu’il est difficile de dépasser 250 Wh/kg), le LFP n’est utilisé que dans les batteries semi-solides, tandis que les batteries tout solide emploient généralement des matériaux cathodiques ternaires à haute teneur en nickel pour atteindre une densité d’énergie plus élevée. Pour correspondre à une haute tension et une haute densité d’énergie, les cathodes riches en nickel, sans cobalt et même à base de soufre sont également en développement.
Ｑ26：Le lithium métallique peut-il être utilisé comme anode dans les batteries à l’état solide？ Quels autres matériaux d’anode sont disponibles？
Ｒ：Oui, c’est essentiel pour améliorer la densité d’énergie. Les batteries liquides utilisent rarement du lithium métallique en raison du risque de dendrites de lithium, mais les batteries à l’état solide peuvent l’utiliser en toute sécurité. D’autres matériaux d’anode incluent le graphite et les anodes à base de silicium.
Ｑ27：Existe-t-il des batteries à l’état solide n’utilisant pas de lithium？
Ｒ：Oui, par exemple, les batteries sodium-ion à l’état solide, qui utilisent des anodes en sodium métallique et des électrolytes conducteurs d’ions sodium. Celles-ci conviennent aux scénarios de stockage d’énergie à faible coût et font également l’objet de recherches et développement simultanées.
Ｑ28：Le coût des électrolytes solides est-il élevé？
A: Actuellement, il est très élevé. Le coût des électrolytes solides au sulfure est de 5 à 10 fois supérieur à celui des électrolytes liquides. Cependant, les coûts devraient diminuer avec la production en masse; par exemple, une ligne de production d’une capacité annuelle de 100 000 tonnes pourrait réduire les coûts de 60 %.
Q29 : Les batteries à état solide nécessitent-elles des séparateurs ?Réponse : Les batteries entièrement solides n’ont pas besoin de séparateurs traditionnels, car l’électrolyte solide sert lui-même à la fois de « conduction ionique et d’isolation électronique » comme un séparateur.
Question 30 : Quel est le rôle de nouveaux matériaux tels que le LiFSI dans les batteries à état solide ?
Réponse : Le LiFSI est souvent utilisé comme additif ou électrolyte auxiliaire dans les batteries semi-solides pour améliorer les performances de l’interface, et il est également utilisé dans la synthèse et la modification des électrolytes solides.
**Note :** Pour plus de détails ou des questions concernant le développement des batteries à état solide, veuillez contacter :
Téléphone : 021-20707860 (ou WeChat : 13585549799)
Contact : Chaoxing Yang. Merci !
