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 Automatic Battery Pack Assembly Line For ESS

Le batterie allo stato solido arriveranno?

June 17 , 2025
La forma definitiva delle batterie al litio: le batterie allo stato solido


Vantaggi delle batterie allo stato solido (SSB)

L'autonomia dei veicoli a nuova energia (NEV) è stata a lungo limitata dalla densità energetica della batteria, che è fondamentalmente determinata dai sistemi di materiali di catodo e anodico. Le batterie agli ioni di litio (LIB) hanno subito diverse iterazioni, principalmente aggiornando i materiali catodici: dal litio ferro fosfato (LFP) in fase iniziale alle varianti nichel-cobalto-manganese (NCM) (ad esempio, NCM523, NCM622, dove i numeri indicano i rapporti tra nichel, cobalto e manganese), e ora al NCM811 ad alto contenuto di nichel. I progressi futuri potrebbero passare a catodi a base di litio-manganese ricco (LRM).


Al contrario, i materiali anodici hanno visto progressi limitati, evolvendosi solo dalla grafite ai compositi silicio-carbonio (Si-C). Mentre gli anodi Si-C offrono una densità energetica massima di circa 400 Wh/kg, il passaggio agli anodi al litio metallico (LMA) potrebbe teoricamente consentire di raggiungere i 2.600-3.500 Wh/kg, un salto di qualità rivoluzionario. Tuttavia, gli LMA sono incompatibili con gli elettroliti liquidi (LE) convenzionali a causa della formazione di dendriti di litio durante il ciclo. Questi dendriti penetrano nel separatore, causando cortocircuiti interni, runaway termici e incendi. Pertanto, nonostante l'ineguagliabile densità energetica degli LMA, la loro adozione richiede elettroliti allo stato solido (SSE) che corrispondano alla conduttività ionica degli LE, sopprimendo al contempo i dendriti, un fattore chiave per lo sviluppo degli SSB.

Allo stesso modo, i sistemi basati su LE sono limitati dalla tensione (~4,2 V), il che limita le opzioni di catodi ad alta energia. Gli SSE consentono catodi a tensione estrema (ad esempio, ad alto contenuto di nichel o zolfo), aumentando ulteriormente la densità energetica.

Differenze chiave: SSB vs. LIB convenzionali
La differenza più significativa risiede nella sostituzione di elettroliti e separatori liquidi con elettroliti solidi. Oltre alla sicurezza e alla densità energetica, gli SSB offrono vantaggi in termini di:
  • Alleggerimento del veicolo : L'eliminazione di separatori e LE (che occupano circa il 40% del volume e il 25% del peso) riduce lo spessore. Una maggiore sicurezza consente inoltre di rimuovere i sistemi di gestione termica, migliorando l'efficienza volumetrica.
  • Ciclo di vita :La soppressione dei dendriti consente circa 45.000 cicli in condizioni ideali.
  • Ricarica rapida : Ricarica completa in pochi minuti.
  • Intervallo di temperatura di esercizio : 3 volte più largo degli LE.


Sfide e Roadmap di Sviluppo
Gli SSB devono affrontare ostacoli come la bassa conduttività ionica (dovuta allo scarso contatto interfacciale tra elettrodo solido-solido/elettrolita) e i costi elevati, che ritardano la produzione di massa di 5-10 anni. Per mitigare la resistenza interfacciale, vengono utilizzati elettroliti ibridi (contenuto parzialmente liquido), che portano a una transizione graduale:
  1. Batterie allo stato semisolido (≤10% liquido) – Dare priorità alla sicurezza e alla compatibilità della produzione.
  2. Batterie quasi allo stato solido (≤5% liquido) – Bilanciare prestazioni e producibilità.
  3. Batterie allo stato solido (zero liquidi) – Obiettivo finale.


Le batterie semisolide, pur non aumentando significativamente la densità energetica, eccellono in termini di sicurezza (ad esempio, resistenza a urti, surriscaldamento e cortocircuiti) e compatibilità produttiva (richiedono solo piccole modifiche alle linee di produzione esistenti per le celle a sacchetto). Questo spiega la loro rapida adozione negli attuali modelli di veicoli elettrici.

Lo sviluppo di batterie allo stato solido sta registrando una svolta graduale. Le batterie semisolide (contenuto di elettrolita liquido ≤10%) sono le prime ad avere un'applicazione commerciale con maggiore sicurezza e compatibilità con le linee di produzione. Le principali aziende cinesi e americane si stanno concentrando su sistemi a elettrolita solido a ossidi e solfuri, perseguendo rispettivamente elevata stabilità e elevata conduttività ionica. La roadmap tecnologica mostra che una svolta nelle batterie quasi allo stato solido (contenuto di liquido ≤5%) sarà raggiunta tra il 2030 e il 2035, per poi passare all'era delle batterie allo stato solido completamente prive di liquidi.


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