Ming'an Weiye hat die Festkörperbatteriearchitektur „Konzentrischer Zahnkranz“ vorgestellt und behauptet, dass sie das Problem der Fest-Fest-Grenzfläche lösen kann.

Die globale Entwicklung der neuen Energieindustrie beschleunigt sich. Mit den Kernvorteilen hoher Sicherheit und hoher Energiedichte sind Festkörperbatterien zu der anerkannten nächsten Generation von Technologien im Bereich der Leistungsbatterien und der Energiespeicherung geworden. Dennoch behindern drei große Probleme – der schlechte Kontakt an der Fest-Fest-Grenzfläche, die Ausbreitung von Mikrorissen und die hohen Kosten der Massenproduktion – seit langem den großtechnischen Markteintritt der Branche. Ming'an Weiye baut auf über zehn Jahren Erfahrung in der Präzisionsfertigung auf und hat sich 2021 strategisch auf das Gebiet der Festkörperbatterien spezialisiert. Mit der originellen technischen Architektur von koaxialen, konzentrischen Zahnkränzen schuf es die dritte globale Batterieformungsroute nach der Stapel- und Wickeltechnik und baute die dreistufigen Kernvorteile von „Technologiebarriere – Sicherheit der Massenproduktion – kommerzieller Weg“ auf, die eine neue Lösung für die industrielle Umsetzung von Festkörperbatterien bieten.

Erste Ebene: Grundlegende Technologiebarriere – Überwindung der allgemeinen Probleme der Branche an der Wurzel

Originelle Durchbrüche, die andere nicht erreichen können

Ming'an Weiye löst sich von der Pfadabhängigkeit traditioneller technischer Routen, geht von der grundlegenden Logik des Strukturdesigns und der Herstellungsverfahren aus, realisiert originelle technische Durchbrüche in der gesamten Kette und baut eine schwer zu kopierende technische Schutzmauer auf.

Im Strukturdesign wurde erstmals die koaxiale, konzentrische unabhängige Funktionsschichtarchitektur entwickelt. Mit einem mechanischen Verhakungsdesign an der zahnförmigen Grenzfläche greifen die axialen Zähne der positiven und negativen Elektrode zueinander, sodass eine zapfenartige Verzahnung entsteht. Ohne dauerhaften äußeren Druck kann eine feste Verbindung zwischen den Schichten erreicht werden, die Kontaktfläche an der Grenzfläche ist um ein Mehrfaches größer als bei dem traditionellen Punktkontakt, und das Problem der Ablösung zwischen den Schichten wird von der physikalischen Struktur grundsätzlich verhindert. Ergänzend dazu wurde erstmals der radiale adaptive Atmungsdehnungs- und -schrumpfmechanismus entwickelt: Beim Laden dehnt sich die negative Elektrode aus und füllt den Schrumpfraum der positiven Elektrode, beim Entladen dehnt sich die positive Elektrode aus und füllt den Schrumpfraum der negativen Elektrode. Durch die eigene Struktur wird ein dauerhafter radialer Umgebungsdruck erzeugt, der die Spannung durch die Volumenänderung während des Lade- und Entladevorgangs aktiv aufnimmt, die Grenzflächenspannung innerhalb des elastischen Schwellenwerts des Materials hält und die Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen an der Quelle unterdrückt. Dieses Strukturkonzept löst systematisch allgemeine technische Engpässe der Branche wie schlechten Kontakt an der Fest-Fest-Grenzfläche, zu hohen Grenzflächenwiderstand, Ablösung der Grenzfläche während des Zyklus und unzureichende Anpassung der Dehnung und Schrumpfung beim Laden und Entladen, und verbessert deutlich die Zykluslebensdauer der Batterie und die Langzeitbetriebsstabilität.

Bei den Herstellungsverfahren wurde ein originelles integriertes kontinuierliches Formverfahren für jede einzelne Schicht durch Hochdruck-Spritzguss + Ultraschall-Schmieden entwickelt. Der gesamte Prozess kommt ohne Herstellung von Folien und Elektrodenplatten aus, verzichtet vollständig auf viele diskrete traditionelle Verfahren wie Beschichten, Trennen, Stapeln und Wickeln, sodass die Materialausnutzung fast 100 % erreicht. Die Produktionslinie ist modular aufgebaut, die anfängliche Investition in Ausrüstung ist weit niedriger als bei traditionellen Produktionslinien, und der Amortisationszeitraum der Investition wird deutlich verkürzt. Gleichzeitig ermöglicht das Ultraschall-Schmiedeverfahren, dass die Festelektrolytpartikel in die Mikrospalte der sekundären Partikel der Elektrode eindringen und ionische Ankerpunkte zwischen den Kristallen bilden. Selbst wenn kleine Risse an den Korngrenzen auftreten, kann der Ionenleitpfad aufrechterhalten werden, was den Grenzflächenwiderstand weiter verringert und die Zyklusstabilität verstärkt.

Derzeit wurde das Unternehmen als nationales Hochtechnologieunternehmen und spezialisiertes, verfeinertes und innovatives KMU in der Stadt Shenzhen ausgezeichnet. Insgesamt wurden mehr als 20 Kernpatente für Technologien in den Bereichen Struktur, Verfahren und Rezeptur angemeldet, sodass eine strenge Barriere für unabhängige geistige Eigentumsrechte aufgebaut wurde.

Zweite Ebene: Bestimmter Weg zur Massenproduktion – Überwindung des „Tals des Todes für die Massenproduktion“ der Branche

Sicherheit der Massenproduktion, die andere nicht zu sagen wagen

Die Branche der Festkörperbatterien folgt allgemein dem Forschungs- und Entwicklungsweg „zuerst kleine Proben herstellen, dann das Verfahren verbessern“, was oft zu dem Dilemma führt, dass „die Leistung im Labor ausgezeichnet ist, aber das Verfahren bei der Massenproduktion neu gestaltet werden muss“, und weist das Entwicklungsmerkmal auf, dass „es zuerst leicht ist und dann schwer wird, und die Hürde der Massenproduktion schwer zu überwinden ist“.

Ming'an Weiye hat diese Denkweise schon zu Beginn der Forschung und Entwicklung verlassen und den umgekehrten Weg gewählt: Zuerst die gesamte Prozesslogik durchdringen, dann die Produktvalidierung vorantreiben. Der leitende F&E-Verantwortliche verfügt über mehr als 10 Jahre Erfahrung in der Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien bei führenden Unternehmen der Lithiumbatteriebranche und hat früher die technische Umsetzung von Leistungsbatterien für die Massenproduktion geleitet. Alle Mitglieder des Kernteams stammen aus den vordersten Forschungs- und Entwicklungs- sowie Betriebspositionen führender Unternehmen für Leistungsbatterien und Materialien und verfügen sowohl über reiche Branchenerfahrung als auch über große Innovationskraft. Nach hunderten von Iterationen des Strukturdesigns und tausenden von Validierungen von Prozessparametern hat das Team schließlich das Kernarchitektur aus konzentrischen Zahnkränzen und Atmungsdehnungs- und -schrumpfung festgelegt und gleichzeitig die vollständig originelle Gestaltung von der grundlegenden Struktur bis zum Herstellungsverfahren sowie die Validierung des gesamten Prozesses abgeschlossen.

Der Kernwert dieses Weges liegt darin: Vom Muster bis zur großtechnischen Massenproduktion handelt es sich nur um einen quantitativen Prozess der Kapazitätserhöhung, es gibt keine qualitative Hürde der Neugestaltung des grundlegenden Verfahrens. Dadurch wird das allgemein in der Branche bestehende Risiko des Scheiterns bei der Massenproduktion vollständig vermieden, und die Sicherheit der Umsetzung ist deutlich höher als bei traditionellen technischen Routen.

Besonders im Bereich der Mikrobatterien mit einer Größe von 2 bis 6 mm weist diese Technologie natürliche disruptive Vorteile auf. Sie löst vollständig die Probleme der traditionellen Verfahren bei der Herstellung von Kleinstbatterien, wie große Materialverschwendung, hohe Verarbeitungsschwierigkeiten und niedrige Ausbeute, und ermöglicht eine Massenproduktion mit niedrigen Kosten und hoher Ausbeute. Sie bedient präzise die explosionsartige Nachfrage in Nischenmärkten wie intelligente tragbare Geräte, TWS-Kopfhörer und IoT-Sensoren und realisiert die kommerzielle Umsetzung als Erster.

Dritte Ebene: Klarer kommerzieller Weg – Stufenweise Expansion zur Abdeckung aller Szenarien

Langfristige Planung, die andere nicht verstehen können

Ming'an Weiye folgt der Entwicklungslogik „zuerst klein, dann groß, zuerst leicht, dann schwer, den Kampf mit dem Kampf ernähren“ und hat eine dreistufige Expansionsstrategie festgelegt, um schrittweise eine umfassende Abdeckung aller Energieszenarien mit einem klaren kommerziellen Rhythmus aufzubauen.

· 1-2 Jahre: Phase der Grundlegung: Konzentration auf die Technologie von 2-6 mm großen Mikrobatterien, Umsetzung in den Verbrauchselektronikszenarien wie intelligente tragbare Geräte, TWS-Kopfhörer und IoT-Sensoren zuerst, Abschluss der Produktvalidierung und der Kapazitätserhöhung der Produktionslinie, Realisierung der großtechnischen Massenproduktion und des Break-Even für einzelne Produkte, um die nachfolgende technische Iteration mit dem Cashflow aus dem Nischenmarkt zu unterstützen.

· 2-4 Jahre: Phase der Expansion im großen Maßstab: Einführung von 8-16 mm großen mittleren und großen Energiespeicher- und Leistungsbatterien, horizontale Ausweitung auf die Bereiche Heimspeicher, Outdoor-Stromversorgungen und elektrische Zweiräder, Aufbau eines globalen Vertriebsnetzes und von Produktionsstandorten, um ein exponentielles Wachstum von Kapazität und Umsatz zu erreichen.

· 4-5 Jahre: Phase des Ökosystemaufbaus: Bewältigung der Technologie von sicheren Leistungsbatterien für Fahrzeuge mit einer Größe von über 16 mm, Eintritt in die Lieferkette der Elektrofahrzeuge, Abschluss der Abdeckung aller Energieszenarien und Aufstieg in die erste Reihe der globalen Leistungsbatterieindustrie.

Aufgrund der strukturellen Eigenschaften der koaxialen, konzentrischen Schichten sind die Konfigurationen der Batterieprodukte des Unternehmens sehr flexibel. Der Durchmesser kann von 2 mm bis über 20 mm reichen, die Länge kann sich auf mehrere Meter erstrecken, sodass sie an unregelmäßige Räume und enge Einbauszenarien angepasst werden können. Neben den oben genannten Kernumsetzungsrouten können sie auch zukunftsweisende Anwendungsszenarien wie Netzenergiespeicherung, eVTOL und humanoide Roboter abdecken, was eine starke Markterweiterung und großes Potenzial aufweist.

Das Kernteam von Ming'an Weiye gibt an, dass die industrielle Umsetzung von Festkörperbatterien ein schwieriger, aber richtiger Weg ist. Das Team ist stets überzeugt, dass nur Innovationen in der grundlegenden Struktur die grundlegenden Probleme der Branche lösen können. Die über zehnjährige Erfahrung in der Präzisionsfertigung hat dem Team den Mut gegeben, sich von der bestehenden Pfadabhängigkeit der Lithiumbatteriebranche zu lösen. In Zukunft wird das Unternehmen die Technologie stetig weiterentwickeln, die kommerzielle Umsetzung schrittweise vorantreiben und die Aufrüstung und Transformation der globalen neuen Energie- und Energiespeicherindustrie mit origineller Technologie fördern.