Diễn đàn quốc tế phát triển ngành ô tô Trung Quốc lần thứ 20 (gọi tắt là “Diễn đàn ô tô Teda”) sẽ được tổ chức từ ngày 29 tháng 8 đến 1 tháng 9 năm 2024 tại khu vực Binhai, thành phố Thiên Tân. Sự kiện này do Tập đoàn Nghiên cứu Công nghệ Ô tô Trung Quốc, Hiệp hội Kỹ thuật Ô tô Trung Quốc, Hiệp hội Công nghiệp Ô tô Trung Quốc và Tòa soạn Báo Ô tô Trung Quốc đồng tổ chức, với sự hỗ trợ đặc biệt của Ủy ban Quản lý Khu phát triển Kinh tế và Công nghệ Thiên Tân, cùng sự phối hợp của Hiệp hội Công nghiệp Ô tô Nhật Bản, Hiệp hội Công nghiệp Ô tô Đức, Liên minh Sáng kiến Ngành Công nghiệp Pin Năng lượng Ô tô Trung Quốc, và Liên minh Dữ liệu Lớn về Xe Điện Quốc gia. Diễn đàn lần này có chủ đề “Hai mươi năm cùng vượt sóng gió, chung tay hướng về tương lai”, mời gọi những nhân vật nổi bật tham gia thảo luận sâu.
Trong phiên “Chuyên đề sinh thái I: Phát triển công nghệ pin thể rắn và những thách thức trong công nghiệp” diễn ra vào ngày 30 tháng 8, Phó Tổng Giám đốc kiêm Giám đốc công nghệ của Công ty TNHH Năng lượng Mới Lực Thần (Qingdao), ông Yu Changhong đã có bài phát biểu với tiêu đề “Dẫn dắt công nghệ thể rắn, xây dựng năng lượng xanh – Thực hành đổi mới công nghệ pin nửa rắn của Lực Thần”.
Phó Tổng Giám đốc kiêm Giám đốc công nghệ của Công ty TNHH Năng lượng Mới Lực Thần, ông Yu Changhong
Dưới đây là nội dung bài phát biểu:
Chào các vị lãnh đạo, chào tất cả các bạn! Bây giờ tôi sẽ giới thiệu về một số tiến bộ trong đổi mới công nghệ của Lực Thần trong lĩnh vực pin thể rắn, đặc biệt là pin nửa rắn mà ban tổ chức đã chỉ định.
Tôi sẽ báo cáo chủ yếu trong bốn khía cạnh sau đây.
Đầu tiên, hồi tưởng về lịch sử phát triển công nghệ pin nửa rắn
Trong bối cảnh ngành công nghiệp xe điện mới phát triển nhanh chóng, xe điện đã trở thành một lĩnh vực quan trọng, dẫn dắt sự biến đổi trên thị trường toàn cầu. Trong kế hoạch định hướng công nghệ pin cho giai đoạn “14-5”, các mục tiêu phát triển pin có mật độ năng lượng cao từ năm 2025 đến năm 2035 đã được xác định rõ ràng, với sự chuyển đổi từ 350Wh/kg lên 500Wh/kg. Ai cũng biết rằng pin lỏng rất khó để đạt được các yêu cầu chiến lược này.
Pin thể rắn có tính an toàn và mật độ năng lượng vượt trội so với pin lỏng, đáp ứng yêu cầu về thời gian sử dụng lên tới 1000km và đảm bảo an toàn tự nhiên của pin là các lộ trình công nghệ thiết yếu mà chúng tôi phải theo đuổi.
Ông Kim cũng đã đề cập rằng có rất nhiều thách thức trong lĩnh vực pin thể rắn, bất kể là về công nghệ, quy trình, sản xuất hay về những bứt phá công nghệ tổng thể đều gặp phải những thách thức thực sự.
Việc chọn lựa nguyên liệu hoạt tính có dung lượng cực cao có thể đạt được mức 400Wh/kg, trong khi việc sử dụng anode lithium kim loại cũng có thể đáp ứng mục tiêu 500Wh/kg. Nhưng đồng thời với các bước đột phá và phát triển công nghệ, chúng ta cũng nhận thấy những khó khăn hiện tại, dẫn đến sự phát triển của pin nửa lỏng trong giai đoạn công nghiệp.
Pin nửa rắn của chúng tôi sử dụng công nghệ bao bọc điện phân thể rắn và giảm dung dịch, so với pin lỏng truyền thống để đạt được tính ổn định nhiệt và an toàn tốt hơn. Trong lộ trình pin lithium sắt phosphate có tỉ lệ giá thành hợp lý, chúng tôi đã đạt được sự phát triển công nghệ chính trên thị trường, đáp ứng yêu cầu của xe trong hoạt động thị trường toàn diện, nhu cầu của khách hàng, hiện tại đã đạt được mức 700km.
Trong lộ trình mật độ năng lượng cao, chúng tôi cũng đã từ các giải pháp ba nguyên tố có điện áp cao chuyển sang lộ trình nickle cao, trong tương lai sẽ hướng đến pin thể rắn, đặc biệt là phát triển và cải tiến theo hướng nhiều lithium hoặc lithium kim loại.
Tổng thể, công nghệ pin nửa rắn của chúng tôi có đường lối phát triển tương đương với công nghệ pin lỏng, mật độ năng lượng từ 300Wh/kg đến 400Wh/kg vẫn có thể đạt được những lợi thế công nghệ nổi bật. Tuy nhiên, trong sản phẩm pin nửa lỏng và thiết kế Pack, cũng như một số khía cạnh về an toàn nhiệt vẫn còn một số khó khăn.
Ví dụ: Ở cấp độ pin, cấu trúc pin của chúng tôi ngày nay chủ yếu vẫn là cấu trúc pin mềm, tổng thể cần chuyển đổi sang pin hình vuông hoặc hình trụ là vấn đề còn gặp phải ảnh hưởng về thiết kế và hiệu suất, bên cạnh đó còn có vấn đề về giá thành của pin.
Ở cấp độ Pack, thứ nhất, mức độ trưởng thành của Pack vẫn đang là thách thức của chúng tôi, lợi thế mật độ năng lượng của pin mềm nửa rắn chưa thể hiện rõ ràng trong gói pin. Thứ hai, việc tích lũy kinh nghiệm Pack đối với pin lỏng, trong việc kiểm soát chính xác độ căng pin, lựa chọn vật liệu lấp đầy, sự khác biệt về hiệu suất giữa pin và gói pin vẫn chưa đủ chính xác. Thứ ba, trong thiết kế quản lý nhiệt/ an toàn nhiệt, các giải pháp tản nhiệt vẫn cần phải tùy chỉnh, sự kỳ vọng về sự lan tỏa nhiệt cũng cần tiếp tục điều chỉnh và kiểm soát.
Sự tương hợp giữa pin nửa rắn với chuỗi cung ứng đại đa số là rất tương đồng, nguyên lý hoạt động tổng thể cũng khá gần gũi, quy trình công nghệ chế tạo và trang thiết bị đều có thể hoàn toàn tương hợp với pin lỏng truyền thống, mang lại độ an toàn cao, tuổi thọ dài, khả năng xả cao và tính kinh tế tốt, đồng thời cũng là cơ hội phát triển mạnh mẽ cho toàn bộ công nghiệp pin thể rắn trong giai đoạn này, là phương án từng bước tốt nhất trong công nghiệp pin thể rắn.
Thứ hai, nhận thức về xu hướng phát triển mới của pin nửa rắn
Sự thay đổi công nghệ phát triển pin nửa rắn, từ việc bao bọc bề mặt nguyên liệu hoạt tính âm dương bằng điện phân thể rắn + điện phân hỗn hợp + lớp ngăn cách điện phân thể rắn, nhằm tăng cường độ an toàn của chúng, cho phép pin nửa rắn có khả năng kết hợp mật độ năng lượng cao và an toàn, ngoài ra còn có hiệu suất xả tốt và khả năng ở nhiệt độ thấp. Sự phát triển công nghệ điện phân thể rắn toàn diện cũng sẽ phát triển theo hướng hỗn hợp polymer + oxit đến toàn bộ thể rắn. Cực âm cũng sẽ hướng từ nguyên liệu silicon sang lithium kim loại, cực dương cũng sẽ dần mở rộng.
Ông Kim cũng đã báo cáo, rằng chúng tôi trong nước và trên toàn cầu đang triển khai bố trí công nghệ pin thể rắn. Trong nước chủ yếu phát triển nửa rắn, vừa phát triển đồng thời cả pin thể rắn và nửa rắn. Ở châu Âu và Mỹ, chủ yếu do các công ty khởi nghiệp dẫn dắt, đã thực hiện phát triển đa lộ trình trên thị trường tài chính và một số doanh nghiệp ô tô ở châu Âu. Nhật Bản chủ yếu phát triển với chất điện phân sulfide, đã tích lũy được hơn 20 năm kinh nghiệm, trước đó cũng đã đề cập rằng Toyota đã đi trước một bước.
Dựa trên yêu cầu về tầm hoạt động dài, công suất cao và an toàn cao của toàn bộ xe, nhằm đáp ứng yêu cầu đường đi vượt trội ở mức năng lượng cực cao, sự cải tiến của hệ thống ba nguyên tố từ nickel cực cao + công nghệ cấp độ hạt đáp ứng được yêu cầu, trong việc cải tiến công nghệ giao diện khí rắn đối với cực dương dựa trên manganese giàu lithium, đồng thời cũng cần ứng dụng công nghệ trong nguyên liệu anode silicon carbon.
Để đáp ứng yêu cầu công suất cao trong hiệu suất xe, trong hệ thống ba nguyên tố, cần thiết phải áp dụng công nghệ ba lần không rửa trong nước + giảm điện trở. Trong nguyên liệu silicon carbon, cần áp dụng công nghệ bao bọc điện phân thể rắn, trong công nghệ dẫn điện cần phải thiết kế lưới siêu dẫn để kết hợp ứng dụng điểm, đường, mặt. Về an toàn, cũng cần phải áp dụng công nghệ cấu trúc hạt vỏ trong hệ thống ba nguyên tố, cùng với công nghệ bao bọc xuyên tối hợp với chất tạp chất cao. Trong chất điện phân, cần thực hiện polymer tại chỗ + điện phân thể rắn, đồng thời có một số ứng dụng công nghệ lớp phủ trên màng ngăn.
Thứ ba, nâng cao tiêu chuẩn pin nửa rắn của Lực Thần
Lực Thần đã có sự bố trí trong cả pin nửa rắn và pin thể rắn, và đang sâu sắc hơn trong lĩnh vực pin thể rắn.
Giờ đây, tôi sẽ giới thiệu tập trung về tình hình ứng dụng của pin nửa rắn. Hiện tại, pin nửa rắn đã đạt được mức 320 Wh/kg và 350 Wh/kg trong việc lắp đặt xe, cũng đã được ứng dụng trong máy bay không người lái hạng thấp. Mức năng lượng cao hơn tại 372 Wh/kg và 400 Wh/kg đang được phát triển, trước đó chúng tôi đã báo cáo với ngành công nghiệp, hiện đã đạt được đột phá pin nửa rắn 402 Wh/kg. Trong tương lai, chúng tôi cũng muốn mở rộng lên năng lượng cao hơn, đến mức công nghệ 500 Wh/kg, hiện đang trong giai đoạn nghiên cứu ban đầu.
Tiếp theo, tôi sẽ báo cáo về bốn khía cạnh: công nghệ, sản phẩm, công nghiệp và hệ sinh thái.
Về công nghệ, tập trung vào năng lượng cụ thể cao, tuổi thọ chu kỳ dài, phóng xả siêu nhanh và công nghệ sạc nhanh, cũng như các công nghệ an toàn cao, Lực Thần đã có những nghiên cứu và tích lũy cụ thể. Trong việc nâng cao dung lượng cực, ức chế phản ứng phụ và cải thiện tính ổn định cấu trúc cực dương nickel cao, chúng tôi đã áp dụng công nghệ cải tiến có kích thước nanoparticular đối với cực dương nickel cực cao. Về công nghệ cực dương silicon carbon mới, chúng tôi đã xây dựng cấu trúc silicon carbon độc đáo, góp phần đáng kể trong việc ức chế sự giãn nở thể tích của hạt silicon. Về công nghệ điện phân chất lỏng an toàn cao, chúng tôi đã tối ưu hóa dung môi và phụ gia, nâng cao tốc độ truyền dẫn ion lithium, đồng thời “bao bọc” điện cực bên ngoài bằng lớp bảo vệ. Về công nghệ dẫn điện nano, chúng tôi đã xây dựng mạng lưới dẫn điện hiệu suất siêu cao bằng nhiều hạt nano, và đã có sự cải tiến trong chất kết dính tích hợp, qua đó nâng cao tính khả thi chế biến và làm cho điện cực trở nên linh hoạt hơn. Trong công nghệ pre-lithiation hiệu quả, chúng tôi đã sử dụng nguyên liệu giàu lithium để bù đắp cho việc mất lithium trong điện cực thấp. Về công nghệ ngăn cách an toàn siêu mỏng, chúng tôi đã tối ưu hóa lớp dẫn nano cho phép truyền ion lithium và an toàn. Trong công nghệ dẫn ion nhanh, chúng tôi đã có một số ứng dụng và đột phá trong việc giảm khối lượng.
Về sản phẩm, sau bốn thế hệ phát triển, ở thế hệ đầu tiên, chúng tôi đã đạt được hiệu suất toàn diện và sự trải nghiệm tuyệt vời, và đã phát triển sản phẩm đạt 325Wh/kg. Tính năng phóng xả có thể đạt đến 98.9%, hỗ trợ từ 10% đến 80% SOC, với thời gian sạc nhanh là 25 phút. Ở thế hệ sản phẩm 350Wh/kg, chúng tôi đã đạt được tuổi thọ chu kỳ 1200 lần @80%, thời gian sạc nhanh cũng là 25 phút, hai sản phẩm này đã được ứng dụng. Ở thế hệ thứ ba, chúng tôi đã phấn đấu tìm kiếm đột phá xuất sắc hơn ở mức 372Wh/kg, nhằm đạt tuổi thọ chu kỳ vượt 1000 lần ở mức 80%, với hiệu suất phóng xả đạt 91.2%. Ở sản phẩm thế hệ thứ tư 402Wh/kg, chúng tôi đã thực hiện những đột phá về mật độ năng lượng cao hơn, hiện đã đạt được hiệu suất 160 độ trên bể nhiệt, trước đó cũng đã được truyền thông và quảng bá trong ngành. Tổng thể, hai sản phẩm này đã được lắp đặt trên máy bay eVTOL hạng 2 tấn, ghi nhận kỷ lục đường bay kéo dài 250.3km trong nước ngoài, cũng đã được thực hiện trên xe năng lượng mặt trời “Tianjin”, góp phần vào sự phát triển của lĩnh vực máy bay điện và xe điện.
Về công nghiệp, chuỗi cung ứng thượng hạ đã đạt được độ hoàn chỉnh và trưởng thành, thông qua công nghệ pin nửa rắn có thể liên tục cung cấp sản xuất pin lithium ion. Ngành công nghiệp hạ nguồn hiện đang tích cực mở rộng bố trí đa lộ trình và cập nhật công nghệ, và trong tất cả các khách hàng, bất kể doanh nghiệp kinh tế hạ giới hay doanh nghiệp ô tô, đều đang quan tâm đến sự phát triển của pin nửa rắn. Quy mô nhu cầu tổng thể vẫn khá lớn, đặc biệt là hỗ trợ cho sự phát triển của nền kinh tế hạ giới và việc ứng dụng trên các mẫu xe flagship cao cấp. Hiện tại, Lực Thần đang phối hợp cùng những doanh nghiệp ô tô thích hợp và doanh nghiệp máy bay hạ giới để phát triển việc ứng dụng và lắp đặt pin nửa rắn, bao gồm cả tiến trình kế hoạch năng lượng cao hơn.
Về hệ sinh thái, chúng tôi đã ký kết các thỏa thuận hợp tác chiến lược với 12 đơn vị bao gồm các nhà cung cấp nguyên liệu, viện nghiên cứu và các trường đại học, cùng nhau nghiên cứu và khắc phục những thách thức kỹ thuật như nhiệt độ cao của nickel năng lượng cực cao, sự suy giảm điện áp của manganese giàu lithium, sự giãn nở của anode silicon, độ dẫn điện thấp của chất điện phân thể rắn, độ thông thoáng kém của lớp ngăn giữa… nhằm góp phần vào tiến trình công nghiệp hóa pin nửa rắn.
Thứ tư, cùng nhau viết nên chương mới cho sự phát triển của pin nửa rắn
Một mặt, Lực Thần là Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Pin Lithium Ion Quốc gia và Trung tâm Công nghệ Doanh nghiệp Quốc gia, chúng tôi nỗ lực phát huy vai trò dẫn dắt của hai trung tâm, xây dựng nền tảng ươm tạo cho ngành. Thông qua việc liên tục tích hợp các nguồn tài nguyên học thuật và hoàn thiện cơ sở dữ liệu chuyên gia, chúng tôi sẽ xây dựng ủy ban kỹ thuật chuyên ngành về pin do viện sĩ dẫn dắt, góp phần vào sự phát triển toàn diện của ngành công nghiệp pin Trung Quốc. Xây dựng nền tảng đổi mới liên ngành, tạo dựng nền tảng công nghệ dẫn đầu, tập trung tài nguyên công nghệ và xây dựng đội ngũ kỹ thuật đồng thời hoàn thành yêu cầu của Ủy ban Quản lý Tài sản Nhà nước đối với Lực Thần.
Mặt khác, liên quan đến công nghệ tiên phong của pin thể rắn, chúng tôi đang lên kế hoạch và xây dựng các nguồn tài nguyên chuỗi công nghiệp, trong lộ trình công nghiệp của pin thể rắn thế hệ tiếp theo, tiếp tục giành được chủ động và quyền phát ngôn nhằm tạo ra những lợi thế mới cho ngành sản xuất Trung Quốc. Từ chuỗi công nghiệp pin lithium lỏng đến chuỗi công nghiệp pin thể rắn, chúng tôi có thể tìm thấy một số nguồn tài nguyên công nghiệp chung, để có thể hiện thực hóa việc kiểm soát toàn diện về tài nguyên.
Hiện tại, nhiều doanh nghiệp ô tô đang thực hiện các kế hoạch hợp tác với các doanh nghiệp chủ lực trong ngành chế biến, cũng như công bố một số kế hoạch lắp đặt pin, chúng tôi Lực Thần sẽ kết hợp cùng các doanh nghiệp ô tô và doanh nghiệp máy bay, trong tương lai năm 2026 và 2027 thực hiện lắp đặt công nghệ pin thể rắn và pin nửa rắn lên xe. Trong lĩnh vực máy bay, đây cũng là phương hướng phát triển của chúng tôi, xem xét đồng bộ giữa độ năng lượng và giá cả, dự đoán rằng pin nửa rắn sẽ đạt được bước đột phá trong ngành hàng không đầu tiên, dự báo trong khoảng thời gian từ 10 đến 15 năm sẽ xảy ra sự tăng trưởng bùng nổ.
Cuối cùng, tôi muốn nói thêm một vài ý tưởng.
Thứ nhất, cùng nhau quản lý tiêu chuẩn. Trong lĩnh vực kinh tế hạ giới, chúng tôi vừa mới thực hiện phát triển theo khuyến nghị của Nhà nước. Trong tương lai, hy vọng có thể hợp tác cùng các đồng nghiệp trong ngành pin, bao gồm cả đồng nghiệp trong lĩnh vực máy bay hạ giới, cùng nhau hoàn thiện tiêu chuẩn ngành cho pin thể rắn và pin nửa rắn.
Thứ hai, chia sẻ công nghệ. Trong việc ứng dụng vật liệu tiên tiến, tối ưu hóa cấu trúc pin và Pack cũng như tích hợp hệ thống pin, cần thực hiện chia sẻ công nghệ về mặt kỹ thuật.
Thứ ba, cùng nhau xây dựng ngành. Tránh sự phát triển bình quân chất lượng thấp, cùng nhau xây dựng nền tảng phát triển ngành hướng tới đổi mới, kỹ thuật tiên phong, cạnh tranh công bằng và mở rộng có trật tự.
Thứ tư, cùng nhau xây dựng hệ sinh thái. Cùng nhau xây dựng hệ sinh thái cho pin nửa rắn và pin thể rắn, nhằm hoàn thiện quá trình phát triển tương lai của ngành pin, phấn đấu thực hiện mục tiêu chiến lược “đôi carbon” của quốc gia.
Cảm ơn mọi người, phần trình bày trên có điều gì không đúng mong nhận được góp ý từ mọi người.