Tin tức SMM ngày 30 tháng 7:
Những khác biệt và đặc điểm chính của loại garnet (LLZO), loại perovskite (LLTO) và loại NASICON (LATP) trong hệ thống điện giải oxit, giúp bạn phân biệt rõ ràng giữa ba loại vật liệu này:
I. Bảng so sánh thông tin cơ bản
II. Phân tích sâu về những khác biệt chính
1. Cấu trúc và cơ chế di chuyển ion
Loại garnet (LLZO):
Trong cấu trúc garnet lập phương, các octahedra ZrO₆ và dodecahedra LaO₈ tạo thành một khung ba chiều, với các ion liti nhảy giữa các vị trí tetrahedral/octahedral trong các khoảng trống của khung. Đường di chuyển là liên tục và “đẳng hướng” (không có sự khác biệt đáng kể về hướng), cho phép có độ dẫn điện ion cao trong các vật liệu nung chảy có độ chặt cao (mật độ tương đối > 95%).
Loại perovskite (LLTO):
Trong cấu trúc perovskite (loại ABO₃), vị trí A được chiếm bởi Li/La và vị trí B bởi Ti. Tuy nhiên, trong quá trình tổng hợp thực tế, thường xảy ra điện trở ranh giới hạt cao (cản trở sự di chuyển của ion liti tại ranh giới hạt), và sự di chuyển của ion liti bị ảnh hưởng bởi “đẳng hướng” của tinh thể (sự khác biệt đáng kể về độ dẫn điện ở các hướng khác nhau), dẫn đến độ dẫn điện tổng thể thấp hơn giá trị lý thuyết.
Loại NASICON (LATP):
Trong cấu trúc NASICON (xuất phát từ Na₁+xZr₂P₃−xSiₓO₁₂), các tetrahedra PO₄ và octahedra TiO₆ được nối với nhau tại các đỉnh, tạo thành các kênh ion ba chiều. Sự di chuyển của ion liti dựa vào cơ chế “trao đổi ion” (Li⁺ kết hợp/tách ra với các vị trí trống trong các kênh). Doping Al³⁺ có thể mở rộng thể tích kênh và tăng nồng độ vị trí trống, từ đó tăng cường độ dẫn điện.
2. Ổn định hóa học và khả năng tương thích giao diện
LLZO: Nó có thể tồn tại ổn định tại giao diện Li⁺/Li⁰ trên bề mặt (với cửa sổ điện hóa học rộng lên đến 5V), trực tiếp phù hợp với các anốt kim loại liti (ức chế sự xâm nhập của các tinh thể liti), và không phản ứng trong không khí ẩm (loại bỏ sự cần thiết phải thực hiện trong hộp tay cách ly), làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho pin toàn rắn.
LLTO: Nó trải qua các phản ứng thủy phân khi tiếp xúc với nước (Li₃xLa₂/₃₋ₓTiO₃ + H₂O → LiOH + TiO₂ + La(OH)₃), dẫn đến sự hình thành một lớp cách điện trên bề mặt và tăng đáng kể điện trở giao diện. Đồng thời, nó dễ bị khử khi tiếp xúc với kim loại liti (Ti⁴⁺ → Ti³⁺), yêu cầu phải sửa đổi giao diện thông qua các phương pháp như phủ Al₂O₃.
LATP: Nó có khả năng chống nước tốt hơn LLTO (mặc dù ngâm lâu trong nước vẫn có thể dẫn đến sự tan ra của Al³⁺), và tương thích với các vật liệu catốt (như LiFePO₄). Tuy nhiên, khi tiếp xúc với các anốt kim loại liti, Li⁺ khử P⁵⁺ (tạo thành các giai đoạn cách điện như Li₃P), làm cho nó không phù hợp với các anốt kim loại liti và phù hợp hơn để ghép nối với các anốt “không kim loại liti” như than chì. 3. Thách thức chuẩn bị và kiểm soát quy trình
LLZO: Cần giải quyết vấn đề nứt do nung ở nhiệt độ cao (phân tách thành phần do bay hơi Li). Thông thường, áp dụng phương pháp nung hai bước (tổng hợp ở nhiệt độ cao đầu tiên, tiếp theo là nén chặt ở nhiệt độ thấp) hoặc thêm chất trợ nung (như Li₂CO₃). Đồng thời, cần kiểm soát tỷ lệ Zr/La (Zr dư có thể ổn định pha lập phương).
LLTO: Dễ bị tạo thành các pha tạp chất (như La₂Ti₂O₇), do đó cần kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ tổng hợp (~1000℃) và môi trường (môi trường trơ để ngăn chặn sự khử Ti). Ngoài ra, do điện trở ranh giới hạt cao, cần giảm điện trở bằng cách tạo tinh thể nano (như chuẩn bị các hạt nano bằng phương pháp sol-gel) hoặc sửa đổi ranh giới hạt (thêm Li₃BO₃).
LATP: Chìa khóa nằm ở sự đồng nhất của doping Al³⁺ (ảnh hưởng đến nồng độ các vị trí trống trong kênh). Phương pháp sol-gel có thể đạt được doping ở cấp độ nguyên tử, nhưng chi phí cao. Phương pháp rắn truyền thống yêu cầu kiểm soát chính xác nhiệt độ (~900℃) và thời gian nung để tránh sự tách pha TiO₂.
4. Kịch bản ứng dụng và nút thắt kỹ thuật
LLZO: Thích hợp cho pin lithium kim loại toàn rắn (như hướng nghiên cứu và phát triển của Toyota và CATL). Các nút thắt là chi phí nung cao (yêu cầu nén chặt ở nhiệt độ cao và tiêu thụ năng lượng cao) và điện trở giao diện với điện cực dương (yêu cầu sửa đổi lớp phủ, như LiNbO₃).
LLTO: Do tính ổn định giao diện kém, nên thích hợp hơn cho pin bán rắn (kết hợp với điện phân lỏng để giảm điện trở giao diện). Tuy nhiên, tính tương thích kém với điện cực âm lithium kim loại hạn chế ứng dụng của nó trong pin có mật độ năng lượng cao.
LATP: Đã được thử nghiệm ứng dụng trong pin lithium-ion nước (như pin ESS) (tận dụng khả năng chống nước của nó). Tuy nhiên, do vấn đề tương thích với điện cực âm lithium kim loại, khó có thể tham gia thị trường pin rắn có mật độ năng lượng cao. Nó thường được sử dụng như một “chất điện phân phụ trợ” (như kết hợp với polymer).
III. Tóm tắt: Cách lựa chọn giữa ba loại chất điện phân oxit?
Đối với độ an toàn cao + cực dương lithium kim loại → chọn LLZO (ổn định hóa học, ức chế sự phát triển đendrite lithium, phù hợp cho pin thể rắn toàn phần).
Đối với ứng dụng thử nghiệm pin bán thể rắn chi phí thấp → chọn LLTO (nguyên liệu rẻ, nhưng cần giải quyết vấn đề giao diện).
Đối với pin cực dương nước/không lithium → chọn LATP (chịu nước tốt, tương thích với cực dương truyền thống). IV. Bố trí doanh nghiệp trong pin chất điện phân oxit
Ganfeng Lithium: Sở hữu đa dạng tuyến kỹ thuật pin thể rắn, bao gồm oxit, sunfua, polymer v.v... Độ dẫn ion ở nhiệt độ phòng của chất điện phân thể rắn oxit LLZO và LATP lần lượt đạt 1,7 mS/cm và 1,4 mS/cm. Màng điện phân oxit siêu mỏng 5 micron phát triển giảm trở kháng giao diện tới 40%. Dây chuyền sản xuất pin thể rắn-lỏng lai 5 GWh tại cơ sở Trùng Khánh đã đi vào hoạt động, mật độ năng lượng pin thể rắn toàn phần vượt 500 Wh/kg. Dự kiến sản xuất hàng loạt pin thể rắn toàn phần vào năm 2025, kết hợp với các mẫu xe như Đông Phong VOYAH.
Great Power Energy: Hoàn thành phát triển sản phẩm pin thể rắn toàn phần oxit thế hệ đầu tiên vào tháng 3/2025, mục tiêu mật độ năng lượng trên 300 Wh/kg. Áp dụng giải pháp cấu trúc sandwich để cải thiện vấn đề tiếp xúc giao diện, dự kiến thiết lập dây chuyền sản xuất và bắt đầu sản xuất hàng loạt năm 2026. Chi phí pin thể rắn oxit chỉ cao hơn 15% so với pin lỏng. Dây chuyền sản xuất hàng loạt tại Thường Châu đã được thiết lập, tỷ lệ duy trì phóng điện đạt 92% ở -20℃, phù hợp với các mẫu xe như Ngũ Lăng Bingo.
Thượng Hải Xiba
Doanh nghiệp duy nhất tại Trung Quốc đạt sản xuất hàng loạt chất điện phân oxit LLZO quy mô tấn, tỷ lệ thành phẩm lên tới 98%. Năm 2025, công suất sẽ mở rộng lên 2.000 tấn/năm, hỗ trợ dự án pin thể rắn dạng lưỡi kiếm của BYD, chi phí thấp hơn 40% so với tuyến sunfua. Vật liệu bột điện phân thể rắn đa dạng áp dụng tuyến kỹ thuật oxit, một số sản phẩm đã ứng dụng trong lĩnh vực pin tiêu dùng.
Narada Power
Ra mắt pin rắn lưu trữ năng lượng bằng oxit có độ dẫn ion cao tới 10⁻³ S/cm vào tháng 4 năm 2025. Các thông số cụ thể như mật độ năng lượng của pin rắn lưu trữ năng lượng có công suất cực lớn 783 Ah vẫn chưa được làm rõ.
BTR: Bắt đầu vận chuyển sản phẩm điện giải rắn oxit với quy mô hàng tấn vào năm 2024, với tổng độ dẫn ion ở nhiệt độ phòng vượt quá 5×10⁻⁴ mS/cm.
Jinlongyu: Thông báo vào tháng 4 năm 2025 về ý định đầu tư và xây dựng dự án dây chuyền sản xuất hàng loạt vật liệu chính cho pin rắn tại Huệ Châu, với thời gian xây dựng dự kiến là 12 tháng và không quá ba năm. Công nghệ pin rắn của công ty tập trung vào hệ thống điện giải oxit.
China Automotive Innovation & Intelligence: Đã có khả năng chuẩn bị quy mô kg cho điện giải, với độ dẫn ion ở nhiệt độ phòng đạt 0,7-1,0 mS/cm. Duer Automotive Parts: Tập trung vào lộ trình điện giải oxit, đồng thời duy trì dự trữ công nghệ trong công nghệ polymer và sunfua. Việc xây dựng dây chuyền sản xuất thử nghiệm tại Hồ Châu sẽ bắt đầu vào tháng 6 năm 2025, với khoản đầu tư 300 triệu nhân dân tệ. Dự kiến sẽ hoàn thành vào cuối năm và có công suất ban đầu, tiếp theo là kế hoạch xây dựng dây chuyền sản xuất hàng loạt 1GWh. Đã thông qua thử nghiệm an toàn của bên thứ ba tại Nhật Bản vào năm 2023 và sẽ giới thiệu sản phẩm thế hệ thứ hai vào năm 2025, với mật độ năng lượng 260Wh/kg. Sản phẩm thế hệ thứ ba nhằm mục đích đạt 400Wh/kg.
Qingtao Energy: Áp dụng điện giải tổng hợp oxit + polymer để cải thiện vấn đề tiếp xúc giao diện, với kế hoạch ra mắt pin toàn rắn vào năm 2028. Pin bán rắn có mật độ năng lượng 350-400Wh/kg và đã được lắp đặt trên NIO ET7. Cơ sở tại Thái Châu sẽ bắt đầu sản xuất vào năm 2025, với công suất 10GWh.
CALB: Ra mắt pin toàn rắn "Boundary-less" vào tháng 8 năm 2024, với mật độ năng lượng 430Wh/kg và công suất vượt quá 50Ah. Nó áp dụng lộ trình công nghệ oxit và sẽ trải qua thử nghiệm lắp đặt xe với quy mô nhỏ vào năm 2027.
WELION New Energy: Kế hoạch đạt được sản xuất hàng loạt pin bán rắn vào năm 2026, với độ an toàn được xác minh thông qua thử nghiệm đâm kim. Nó áp dụng lộ trình công nghệ oxit + polymer và kế hoạch đạt được sản xuất hàng loạt pin toàn rắn vào năm 2027.
ProLogium Technology: Tăng mật độ năng lượng pin rắn lên 350-390Wh/kg vào năm 2024. Sau năm 2025, nó sẽ dần dần thay thế anode và cathode bằng vật liệu mangan giàu lithium và các vật liệu thay thế lithium metal/anode-free, đạt được mật độ năng lượng tối đa 480Wh/kg. Nó áp dụng lộ trình tổng hợp oxit + polymer.
SVOLT Energy Technology: Đã phát triển pin jelly thế hệ thứ nhất và thứ hai. Vào tháng 7 năm 2024, công ty đã công bố bằng sáng chế cho điện giải rắn tổng hợp oxit + polymer, áp dụng lộ trình công nghệ oxit + polymer.
GSP Automotive Group:
Sẽ tiếp tục thúc đẩy nghiên cứu và phát triển (R&D) pin rắn và bán rắn vào năm 2026. Nhà máy ở Ôn Châu dự kiến sẽ đạt công suất đầy đủ vào giữa năm 2026 và bắt đầu sản xuất một phần vào cuối năm, áp dụng công nghệ đường dẫn oxit + polymer.
Tailan New Energy: Đã phát triển pin rắn composite 120Ah cấp xe hơi đầu tiên trên thế giới với công nghệ oxit + polymer, có mật độ năng lượng 720Wh/kg. Dự kiến sẽ hoàn thành xác minh nguyên mẫu và phát triển hệ thống vào năm 2025, trải qua quá trình xác minh liên tục thông qua sản xuất nhỏ lẻ vào năm 2026 và đạt được sản xuất hàng loạt và ứng dụng trình diễn trong xe điện năng lượng mới (NEV) vào năm 2027. Gotion High-tech: Pin bán rắn với công nghệ oxit + polymer có mật độ năng lượng 360Wh/kg và mẫu xe tương ứng đạt được quãng đường di chuyển vượt quá 1.000km. Việc xác minh tải sẽ bắt đầu vào năm 2025.
Pin rắn oxit có độ ổn định điện hóa mạnh, độ bền cơ học cao, dễ ghép nối điện cực và độ ổn định môi trường tốt. Tuy nhiên, độ dẫn ion của chúng tương đối thấp và trở kháng giao diện cần được giảm hơn nữa. Ngược lại, pin rắn sunfit có độ dẫn ion cao, hiệu suất tiếp xúc giao diện tốt với vật liệu điện cực và mật độ năng lượng lý thuyết cao. Tuy nhiên, chúng nhạy cảm với nước và oxy, yêu cầu điều kiện chuẩn bị và lưu trữ nghiêm ngặt và có chi phí cao hơn.
Tốc độ thúc đẩy pin rắn theo đường dẫn oxit có thể chậm hơn so với pin rắn theo đường dẫn sunfit có độ dẫn điện và mật độ năng lượng cao hơn.
**Ghi chú**: Để biết thêm chi tiết hoặc yêu cầu về phát triển pin rắn, vui lòng liên hệ:
Điện thoại: 021-20707860 (hoặc WeChat: 13585549799)
Liên hệ: Chaoxing Yang. Cảm ơn!
