solid-state-akkujen teollistuminen kiihtyy. kuka voi maistaa "pääkeittoa"?
2024-09-13
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
solid-state-akkuja, niiden vallankumouksellista turvallisuutta ja energiatiheyttä, pidetään "lopullisena vastauksena" akkuteknologiaan.
kun tekniikka kehittyy edelleen, puolijohdeakkujen teollistumisprosessi maassani kiihtyy, ja äskettäin on paljastettu useita solid-state-akkutuotteita.
uudet täysin solid-state-tuotteet ovat saaneet solid-state-akkusektorin yhdeksi markkinoiden harvoista valopilkuista lähitulevaisuudessa. teollisuusanalyytikot uskovat, että täyskiinteän olomuodon akkujen teollistumisprosessissa varmin mahdollisuus voi olla raaka-aineen litiumsulfidin kustannusten alentamisessa, kun taas puolikiinteät akut perustuvat korkeaan turvallisuuteen ja yhteensopivuuteen olemassa olevan tuotannon kanssa linjat, yksinkertainen prosessi, edut, kuten alhaisemmat kustannukset, sen odotetaan olevan siirtymävaiheen ratkaisu nykyisistä nestemäisistä akuista täysin solid-state-akkuihin, mikä edeltää solid-state-akkujen massatuotantoa ja tuo ensimmäisen kierroksen sijoitusmahdollisuuksia.
ylittää täysin nestemäisen akun suorituskyvyn
solid-state-akut, kuten nimestä voi päätellä, ovat akkuja, jotka käyttävät kiinteitä positiivisia ja negatiivisia elektrodeja ja kiinteitä elektrolyyttejä, mikä muodostaa ytimen eron perinteisistä nestemäisiin elektrolyytteihin perustuvista litiumakuista. eri nestemäisten elektrolyyttipitoisuuksien mukaan solid-state-akut voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: puolikiinteät (nestemäisen elektrolyytin massa on alle 10 %), näennäiskiinteät (nestemäisen elektrolyytin massa alle 5 %) ja kaikki- kiinteässä tilassa (ei sisällä nestemäistä elektrolyyttiä).
nestemäisiin akkuihin verrattuna solid-state-akuilla on kolme pääasiallista suorituskykyä:
ensinnäkin energiatiheys on korkea. solid-state-akuissa on laaja sähkökemiallinen ikkuna (yli 5 v), ne ovat yhteensopivia korkeajännitteisten katodimateriaalien kanssa (korkean nikkelin katodit, nikkeli-mangaani spinellikatodit jne.) ja voivat käyttää piitä ja litiumia anodimateriaaleina, joten saavuttaa korkeampi energiatiheys. lisäksi sen korkea jännitesuhde ja hyvä turvallisuus voivat myös yksinkertaistaa akun rakennetta ja edistää solujen energiatiheyden paranemista. kolmen rautalitiumparistojen energiatiheys on yleensä 180-230 wh/kg. penghui energyn (300438.sz) äskettäin julkaiseman ensimmäisen sukupolven puolijohdeakun energiatiheys on 280 wh/kg weilan new energyn ja guoxuan hi-. tech (002074.sz) ) on kehittänyt puolikiinteän akun, jonka energiatiheys on 360wh/kg. suuri energiatiheys tuo pidemmän matkamatkan saic zhiji l6:ssa käytetyn valovuoden solid-state-akun toimintamatkan on kerrottu olevan yli 1000 kilometriä.
toiseksi turvallisuus on hyvä. litiumioniakkujen elektrolyytti voi vuotaa, ja liian korkeassa lämpötilassa on olemassa itsestään syttymisen ja räjähdyksen vaara. kiinteillä elektrolyyteillä on hyvä lämmönkestävyys, ne eivät ole syttyviä ja räjähdysherkkiä, eikä niissä ole nesteen vuotamisen vaaraa. koska kiinteillä elektrolyyteillä on suhteellisen vakaa kemiallinen aktiivisuus, ympäristön lämpötila vaikuttaa niihin vähemmän ja niillä on parempi stabiilisuus olosuhteissa, kuten törmäys- ja ekstruusio. lisäksi solid-state-akuilla on laajempi lämpötila-alue, ja ne sopeutuvat paremmin korkean ja matalan lämpötilan ympäristöihin.
pitkä syklin käyttöikä. solid-state-akut käyttävät palamattomia kiinteitä elektrolyyttejä syttyvien orgaanisten elektrolyyttien sijasta, mikä voi estää litiumdendriittejä puhkaistamasta erotinta ja aiheuttamasta oikosulkuja, mikä parantaa merkittävästi akun turvallisuutta ja käyttöikää. samaan aikaan kiinteällä elektrolyytillä on korkea mekaaninen lujuus, joka voi säilyttää rakenteellisen eheyden akun laajeneessa tai supistuessa, mikä vähentää mekaanisen rasituksen aiheuttamaa akun suorituskyvyn heikkenemistä. kiinteän elektrolyytin ja elektrodimateriaalin välinen rajapintayhteensopivuus on parempi, mikä vähentää rajapinnan impedanssin kasvua ja auttaa säilyttämään akun pitkän aikavälin vakaan lataus- ja purkaussuorituskyvyn ihanteellisissa olosuhteissa puolijohdeakun syklin suorituskyky voi saavuttaa noin 45 000 kertaa.
positiivisten ja negatiivisten elektrodien materiaalien päivitys tuo iteraatiomahdollisuuksia
sen teknisen todellisuuden perusteella, että nestemäisten akkujen energiatiheys on lähellä kattoa, solid-state-akkujen katsotaan korvaavan nestemäiset akut osittain tai jopa kokonaan tulevaisuudessa. joten mitä yhtäläisyyksiä ja eroja näiden kahden välillä on teollisuusketjun näkökulmasta? mitä uusia investointimahdollisuuksia korvausprosessi tuo?
katsotaan ensin "sama". akun rakenteen näkökulmasta solid-state-akuilla ja nesteakuilla on samanlaiset rakenteet, jotka molemmat koostuvat positiivisesta elektrodista, negatiivisesta elektrodista ja elektrolyytistä. teollisuusketjun näkökulmasta kahden teollisuusketjun koostumus on suunnilleen sama, mukaan lukien ylävirran resurssipää, keskivirran valmistuspää ja loppupään sovelluspää. kustannusnäkökulmasta akkumateriaalit ovat sen tärkein kustannuslähde.
tarkasteltaessa "erilaisia" jälleen, suurin ero näiden kahden välillä on käytetyissä materiaaleissa. guolian securitiesin tutkimusraportti huomautti, että solid-state-akkuteknologian kehittäminen ja soveltaminen tunkeutuu askel askeleelta muodossa "kiinteä elektrolyytti → uusi negatiivinen elektrodi → uusi positiivinen elektrodi", jonka ydin on uusien materiaalijärjestelmien käyttöönotto. niiden joukossa negatiivinen elektrodimateriaali päivitetään grafiitista piipohjaiseksi negatiiviseksi elektrodiksi, litiumia sisältäväksi negatiiviseksi elektrodiksi, ja positiivinen metallinen litiumia sisältävä elektrodimateriaali päivitetään korkean nikkelin kolmiosaiseksi korkeajännitteiseksi elektrodiksi. kolmikomponenttinen nikkeli, erittäin korkea nikkeli ja sitten spinellinikkeli uusia katodimateriaaleja, kuten litiummanganaattia ja kerrostettua litiumia sisältävää pohjaa, päivitetään toistuvasti perinteisestä erottimesta oksidipäällysteiseksi erottimeksi erotin poistetaan.
katodien osalta nykyisten litiumrautafosfaatti- ja kolmikomponenttisten materiaalijärjestelmien käyttöä voidaan jatkaa, ja korkeajännitteisiä katodimateriaaleja voidaan käyttää tulevaisuudessa korkeamman energiatiheyden saavuttamiseksi. tällä hetkellä solid-state-akkujen katodien kehitys keskittyy pääasiassa korkean nikkelin sisältäviin trinaarikatodeihin, litiumnikkeli-mangaanioksidiin, litiumia sisältäviin mangaanipohjaisiin ja muihin reitteihin. niiden joukossa runsaasti nikkeliä sisältävistä trinaarisista katodeista on tullut nykyinen valtavirta niiden etujen, kuten korkean energiatiheyden, hyvän nopeuden ja korkean kaupallistamisasteen, ansiosta. materiaaleilla, kuten runsaasti litiumia sisältävällä mangaanilla ja litiumnikkelimanganaatilla, on huomattavia etuja korkean energiatiheyden suhteen, ja niistä odotetaan tulevaisuuden uusia suuntauksia. pörssiyhtiöistä rongbai technology (688005.sh) ja dangsheng technology (300073.sz) ovat jo toimittaneet runsaasti nikkeliä sisältäviä kolmikomponenttisia tuotteita solid-state-akkuyhtiöille, ja guoxuan hi-tech ja beterui (835185.bj) ovat myös. asettelu.
negatiivisten elektrodien osalta solid-state-akkujen negatiiviset elektrodimateriaalit sisältävät pääasiassa grafiittia, piitä, metallista litiumia jne., jotka ovat melko erilaisia kuin nestemäiset akut. lyhyellä ja keskipitkällä aikavälillä piipohjaisista anodeista odotetaan muodostuvan pääratkaisu puolijohdeakkujen anodimateriaaleille. piin teoreettinen ominaiskapasiteetti on jopa 4200 mah/g, mikä on yli kymmenen kertaa nykyisten grafiittianodimateriaalien grammakapasiteetti (372 mah/g). sen etuna on alhainen potentiaali, suuri grammakapasiteetti, korkea energiatiheys, riittävät resurssit ja alhaiset kustannukset. pitkällä aikavälillä metallista litiumista tulee lopullinen valinta puolijohdeakkujen anodeihin. metallilitiumin etuna on suuri teoreettinen grammakapasiteetti ja alhainen elektrodipotentiaali. metallilitiumin teollistuksessa on kuitenkin edelleen haasteita, kuten oikosulku, jonka aiheuttavat litiumdendriitit puhkaisevat erottimen, irtoaminen tilavuuden muutoksista pyöräilyn aikana ja. epävakaa sei-kalvon jne. aiheuttamat suorituskyvyn heikkenemisongelmat.
piipohjaisten anodien osalta tuotantokapasiteettia ovat shanshan co., ltd. (600884.sh), xiangfenghua (300890.sz), putilai (603559.sh), beterui, zhongke electric (300035.sz) jne. suunnitelmat metallisten litiumanodien osalta perinteisten litiumvarantojen jättiläisten, kuten ganfeng lithium industry (002460.sz) ja tianqi lithium industry (002466.sz), odotetaan hyötyvän anodien iteroinnin ja kysynnän kasvusta pitkällä aikavälillä; .
puolikiinteät elektrolyytit lisäävät harvinaisten metallien kysyntää
ensisijaisena "muuttujana" solid-state-akkuteknologian soveltamisessa solid-state-elektrolyytit voidaan jakaa pääosin polymeerisiin solid-state-elektrolyytteihin ja epäorgaanisiin solid-state-elektrolyytteihin eri materiaalityyppien mukaan polyeteenioksidi, kun taas jälkimmäinen sisältää oksidit, sulfidi- ja halogenidijärjestelmät.
niistä oksidielektrolyyteillä on hyvä lämmönkestävyys ja kemiallinen stabiilisuus litiummetallia vastaan, ja niitä käytetään yleensä puolikiinteissä akuissa tämän reitin edustavia yrityksiä ovat tdk, toyota, qingtao energy, weilan new energy ja ganfeng lithium battery, funeng technology. (688567.sh), guoxuan high-tech, lishen battery, huineng technology jne , lg new energy, solidpower, panasonic, catl (300750.sz), byd (002594.sz), guangzhou automobile group (601238.sh), penghui energy jne.
oksidielektrolyyttireitillä elektrolyytin kiderakenteen mukaan se voidaan jakaa perovskiitin rakennetyyppiin (kuten llto), granaattirakennetyyppiin (kuten llzo), nopeaan ionijohdintyyppiin (latp), tiofosfaattiin (lgps) jne. se luo uutta kysyntää metalliraaka-aineille, kuten zirkoniumille, lantaanille, titaanille ja germaniumille.
llzo:n raaka-aineita ovat zirkoniumdioksidi, zirkoniumnitraatti, zirkoniumkarbonaatti jne. kotimaani zirkoniumvarastot ovat pienet, kysyntä on suuri, tuontiriippuvuus jopa yli 90 prosenttia, ja kysynnän ja tarjonnan malli on ollut tiukassa tasapainossa pitkään. kotimaisia zirkoniumia valmistavia yrityksiä ovat pääasiassa dongfang zirconium industry (002167.sz), sanxiang new materials (603663.sh), kaisheng technology (600552.sh) jne., ja ne ovat jo tehneet tukitoimia solid-state-akkumateriaaleille. .
llzo/llto:n raaka-aineita ovat lantaanioksidi, lantaaninitraatti, lantaanihydroksidi jne. kiina on rikas harvinaisten maametallien varoista, ja sen osuus maailmanlaajuisesta tuotannosta on 70 % shenghe resourcesilla (600392.sh) ja northern rare earthilla (600111.sh) on lantaanioksidin tuotantokapasiteetti.
llto/latp:n raaka-aineita ovat titaanidioksidi, titaanipyrofosfaatti jne. vuonna 2022 maailmanlaajuiset titaanivarat (tio2:na laskettuna) ovat noin 700 miljoonaa tonnia, pääasiassa ilmeniittiä on 29 % maailman sijoituksesta. tärkeimpiä kotimaisia titaanidioksidin valmistajia ovat cnnc titanium dioxide (002145.sz), longbai group (002601.sz), vanadium titanium co., ltd. (000629.sz) jne.
raaka-aineita, kuten lagp ja sulfidikiinteä elektrolyytti lgps, ovat germaniumdioksidi, germaniumsulfidi jne. suurimpia kotimaisia yrityksiä ovat yunnan germanium industry (002428.sz) ja chihong zinc germanium (600497.sh).
litiumsulfidista tulee avain kiinteän olomuodon elektrolyyttien kustannusten vähentämiseen
sulfidielektrolyytit sopivat täyskiinteän olomuodon akkuihin. elektrolyyttimateriaaleja ovat pääasiassa litiumsulfidi (li2s), natriumsulfidi (na2s), kaliumsulfidi (k2s) ja muut tyypit. oriental securitiesin tutkimusraportti huomautti, että sulfidielektrolyyttien joukossa, joilla on erilaiset kiderakenteet, ottaen huomioon lämpöturvallisuusominaisuudet, kustannukset, prosessin kypsyys ja muut tekijät, sulfidihopeagermaniumelektrolyytti lpscl (li6ps5cl) on paras sulfidi-kiinteäjohde-akku .
litiumsulfidin korkeasta hinnasta on kuitenkin tullut tärkein este, joka rajoittaa sulfidielektrolyyttien kaupallistamista. kun otetaan esimerkiksi lpscl, litiumsulfidi on keskeinen raaka-aine lpscl-elektrolyytin synteesissä. litiumsulfidin nykyinen hinta ylittää 650 000 usd/tonni (noin 4,63 miljoonaa rmb/tonni), mikä on paljon korkeampi kuin kaupallistamisen kynnys.
tällä hetkellä litiumsulfidin tärkeimpiä tuotantomenetelmiä ovat mekaaninen kuulajauhatus, korkean lämpötilan pelkistysmenetelmä, liuotinmenetelmä jne. näillä valmistusprosesseilla on korkeat lämpötila-, kosteus- ja energiankulutusvaatimukset, ja valmistusprosessi on suoritettava. inertissä ilmakehässä, mikä johtaa litiumsulfidin korkeaan hintaan, mikä vastaa lähes 80 % kiinteiden sulfidielektrolyyttien kustannuksista. lisäksi kiinteillä sulfidielektrolyyteillä on myös ongelmia, kuten huono kiinteän ja kiinteän aineen välinen kosketus, mikä johtaa heikentyneeseen ionien siirtotehokkuuteen, helppoon reagointiin kosteuden kanssa myrkyllisten kaasujen tuottamiseksi ja inertin ympäristön tarpeeseen tuotantoa ja varastointia varten. siksi litiumsulfidin valmistusprosessin parantamisesta on tullut keskeinen tekijä sulfidielektrolyyttien kustannusten vähentämisessä ja jopa kiinteän olomuodon akkujen kustannusten alentamisessa.
litiumsulfidia etukäteen ottaneet pörssiyhtiöt voivat hyötyä ensimmäisten joukossa täysin solid-state-akkujen kehittämisestä. tianqi lithium on tällä hetkellä saattanut päätökseen seuraavan sukupolven litiumsulfidin teollistamiseen liittyvät tukityöt, tehnyt prototyyppejä yli kymmenen loppupään asiakkaan kanssa ja jatkaa tuotteiden laadun parantamista ja kustannusten vähentämistä koskevaa teknologian optimointia, joka on enjie co:n tytäryhtiö ., ltd. (002812.sz) enjie frontier new materials on tällä hetkellä saattanut päätökseen pienimuotoisen koetonnitason vuotuisen tuotantokapasiteetin rakentamisen ja käytön erittäin puhtaille litiumsulfidituotteille kiinteässä olomuodossa ja rakentanut 100 tonnin tason litiumsulfidin pilottituotantolinja.
lisäksi rongbai technology haki patenttia litiumsulfidin valmistusmenetelmään joulukuussa 2023. lisäämällä orgaanista rikkilähdettä se edistää hiililähteen ja litiumsulfaatin välistä reaktiota, vähentää li2o-epäpuhtauden muodostumista ja parantaa puhtautta. litiumsulfidista lan haihua high energy times, tengin (300484.sz) osakeyhtiö, on tehnyt läpimurtoja materiaalien muokkaamisessa ja sillä on kyky tuottaa massatuotantoa litiumsulfidin raaka-aineina hallittavien kustannusten perusteella; , ja fyysiset xrd-testitulokset osoittavat, että materiaalin puhtaus on korkea, yhtiö sanoi. sulfidielektrolyytin (lipscl) ioninjohtavuustestitulokset voivat vertailla maailman huipputasoa.
(tämä artikkeli on peräisin china business newsista)
