BYD раскрыла шесть патентов на твердотельные батареи: опытное производство ячеек ожидается в 2027 году
YD усиливает работу над твердотельными аккумуляторами. После июльской публикации патента на композитный катод компания раскрыла ещё шесть разработок, связанных с материалами, производством и контролем качества таких ячеек. Почти все документы пытаются решить одну и ту же проблему — обеспечить стабильный контакт между твёрдыми компонентами батареи.
В обычном литий-ионном аккумуляторе жидкий электролит заполняет пространство между частицами и сравнительно легко сохраняет контакт с электродами. В твердотельной ячейке жидкость заменяется твёрдым материалом. Это потенциально повышает безопасность и плотность энергии, но создаёт новую сложность: твёрдые поверхности не могут так же свободно приспосабливаться друг к другу.
Во время зарядки и разрядки материалы расширяются, сжимаются и постепенно меняют структуру. На границе между катодом и электролитом могут появляться микроскопические пустоты, трещины и зоны повышенного сопротивления. Ионное движение ухудшается, растёт нагрев, а ёмкость батареи начинает снижаться быстрее.
Именно поэтому новые патенты BYD сосредоточены не столько на эффектных показателях пробега, сколько на внутренней архитектуре ячейки. Компания ищет способы сохранить контакт между материалами, уменьшить нежелательные химические реакции и сделать характеристики аккумулятора стабильнее после большого количества циклов.
Основой подхода BYD стала комбинация двух видов твёрдого электролита. Ранее опубликованный патент CN122474592A описывал применение мелких частиц галогенидного электролита и более крупных частиц сульфидного электролита внутри композитного катода.
У каждого материала есть свои преимущества. Галогенидные электролиты могут демонстрировать хорошую устойчивость при контакте с высоковольтными катодами. Сульфидные составы отличаются высокой ионной проводимостью и могут плотнее соединяться с частицами электрода под давлением.
Однако прямой контакт разных электролитов тоже способен вызывать нежелательные реакции. Поэтому патент CN122494747A предлагает разместить между галогенидным и сульфидным материалами отдельный ионопроводящий слой. Он должен пропускать ионы лития, но одновременно изолировать два компонента друг от друга.
Такая прослойка может снизить химическую нестабильность и замедлить деградацию ячейки. Простыми словами, BYD пытается использовать преимущества двух электролитов, не позволяя им мешать работе друг друга.
Похожую идею развивает патент CN122494554A. В нём первый твёрдый электролит выполняет роль буферного слоя между активным материалом катода и вторым сульфидным электролитом. Защитная граница должна препятствовать прямому контакту компонентов и уменьшать вероятность побочных реакций.
В документе также уделяется внимание тепловой безопасности. Для активного слоя катода предлагается ограничение тепловыделения на уровне не более 117 Дж/г. Задача состоит в том, чтобы снизить риск неконтролируемого нагрева и распространения теплового разгона внутри батареи.
Ещё один патент, CN122494567A, предлагает двухслойную структуру активного катодного материала. Во внутреннем слое используются монокристаллические частицы, смешанные с одним составом твёрдого электролита. Наружный слой содержит поликристаллический материал и электролит другого типа.
Монокристаллические катодные материалы лучше сопротивляются растрескиванию во время циклов зарядки и разрядки. Поликристаллические частицы имеют большую площадь поверхности и способны обеспечивать более высокую отдачу при сильной нагрузке, но легче разрушаются по границам отдельных зёрен.
BYD пытается объединить эти свойства. Прочный монокристаллический внутренний слой должен поддерживать долговечность, а поликристаллический внешний — улучшать передачу энергии и работу при высоком токе. Насколько хорошо такая схема покажет себя в серийной ячейке, пока неизвестно.
Патент CN122494558A рассматривает другой состав катода. В нём предлагается использовать сразу три материала: оксиды металлов, сульфиды металлов и твёрдый электролит. Оксиды и сульфиды предварительно обрабатываются литием, после чего объединяются в композитную структуру.
По расчётам разработчиков, такая комбинация должна уменьшить электрическое сопротивление на границе твёрдых материалов. Также заявлены повышение удельной ёмкости, улучшение работы при больших зарядных и разрядных токах и увеличение количества циклов.
Но правильного химического состава недостаточно. Даже хорошие материалы не смогут эффективно работать, если они плохо соприкасаются внутри электрода. Поэтому ещё два патента BYD посвящены технологии производства и контролю качества.
В патенте CN122494552A описывается применение смачивающего состава на основе ионной жидкости. Его распределяют по электроду неравномерно: во внешних зонах вещества должно быть больше, чем в центральной части.
Такой градиент должен улучшать контакт между твёрдыми частицами и облегчать транспорт ионов. Одновременно технология призвана уменьшить участки с повышенным сопротивлением, которые могут появляться при недостаточно плотном соединении катода и электролита.
Патент CN122494553A вводит специальный показатель Re — коэффициент контакта между частицей катода и окружающим её электролитом. BYD предлагает считать приемлемой структуру, в которой не менее 60% периметра катодной частицы соприкасается с частицами электролита.
Это важный переход от общей идеи к измеряемому производственному параметру. На опытном образце можно создать почти идеальный контакт вручную, но при массовом выпуске необходимо проверять тысячи и миллионы ячеек. Чёткий коэффициент даёт производителю критерий, по которому можно контролировать качество электрода.
Размер частиц здесь тоже имеет значение. Более мелкий сульфидный электролит способен плотнее окружать крупные частицы катода и заполнять свободное пространство между ними. Чем выше реальная площадь контакта, тем легче ионам перемещаться через электрод.
CarNewsChina приводит результаты отдельного исследования Института физики Китайской академии наук. В лабораторных условиях применение более мелких частиц сульфидного электролита повысило сохранение ёмкости почти на 18 процентных пунктов. Эти данные не относятся напрямую к ячейкам BYD, но подтверждают важность выбранного направления.
Сами патенты пока не раскрывают плотность энергии, скорость зарядки, ресурс готовых батарей и себестоимость производства. В них также нет подтверждённых данных о запасе хода автомобиля или конкретной серийной модели, которая первой получит новую технологию.
По информации отраслевого ресурса libattery.net, BYD рассчитывает начать мелкосерийное производство твердотельных ячеек с двухэлектролитным катодом в 2027 году. Первые батареи планируют проверять на замаскированных испытательных автомобилях.
Это ещё не означает, что уже в 2027 году обычные покупатели смогут приобрести массовый электромобиль BYD с полностью твердотельной батареей. Опытное производство необходимо для проверки поведения аккумуляторов вне лаборатории: при вибрациях, ударах, перепадах температуры, быстрой зарядке и длительной эксплуатации.
Даже крупнейшие производители батарей осторожно оценивают сроки коммерциализации. Глава CATL Робин Цзэн ранее отмечал, что массовое применение твердотельных аккумуляторов остаётся вопросом нескольких лет. Главными препятствиями являются сложность производства, необходимость высокого давления, неодинаковая плотность материалов и нестабильность твёрдых интерфейсов.
BYD также признаёт наличие серьёзных ограничений. Главный научный специалист компании Лянь Юйбо называл стабильность границы между твёрдыми материалами и подавление литиевых дендритов ключевыми проблемами. К ним добавляются высокая стоимость, невысокий выход годных ячеек и сложность масштабирования лабораторных процессов.
Потенциальные преимущества технологии всё же слишком велики, чтобы от неё отказаться. Твердотельные аккумуляторы могут предложить более высокую плотность энергии, меньший риск утечки горючего электролита и лучшую устойчивость к тепловому разгону. Теоретически это позволит увеличить запас хода без пропорционального роста массы батареи.
Но обещания электромобилей с пробегом 1500–2000 км пока остаются скорее прогнозами, чем готовой серийной реальностью. Плотность энергии отдельной лабораторной ячейки нельзя напрямую переносить на полный батарейный блок, в котором есть корпус, охлаждение, проводка, силовые элементы и системы защиты.
Поэтому шесть новых патентов важны прежде всего как признак системной работы. BYD занимается не одной «чудо-формулой», а сразу несколькими уровнями технологии: химией электролитов, структурой катода, тепловой безопасностью, качеством контакта и контролем производства.
Следующим настоящим испытанием станет не получение ещё одного патента, а стабильный выпуск одинаковых ячеек. Они должны сохранять ёмкость, выдерживать быструю зарядку, нормально работать в мороз и жару и при этом не быть слишком дорогими для автомобиля.
В итоге BYD делает ещё один шаг к твердотельным батареям, но до массового рынка путь остаётся длинным. Мелкосерийное производство в 2027 году может стать важной проверкой технологии, а не её окончательной коммерциализацией. Если двухэлектролитная схема действительно поможет решить проблему твёрдых интерфейсов, компания получит сильную основу для аккумуляторов следующего поколения.