l’industrialisation des batteries à semi-conducteurs s’accélère. qui peut goûter à la « soupe de tête » ?
2024-09-13
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les batteries à semi-conducteurs, avec leur sécurité et leur densité énergétique révolutionnaires, sont considérées comme la « réponse ultime » à la technologie des batteries.
à mesure que la technologie continue de mûrir, le processus d'industrialisation des batteries à semi-conducteurs en chine s'accélère et un certain nombre de produits de batteries entièrement à semi-conducteurs ont été dévoilés récemment.
les nouveaux produits entièrement à semi-conducteurs ont permis au secteur des batteries à semi-conducteurs de devenir l'un des rares points positifs du marché dans un avenir proche. les analystes du secteur estiment que dans le processus d'industrialisation des batteries entièrement solides, l'opportunité la plus certaine pourrait résider dans la réduction des coûts de la matière première sulfure de lithium, tandis que les batteries semi-solides sont basées sur une sécurité élevée et une compatibilité élevée avec la production existante ; lignes, processus simple, avec des avantages tels qu'un coût inférieur, il devrait devenir une solution de transition des batteries liquides actuelles aux batteries entièrement solides, qui précédera la production de masse de batteries entièrement solides et apportera le premier tour opportunités d’investissement.
surpasse largement les performances de la batterie liquide
les batteries à semi-conducteurs, comme leur nom l'indique, sont des batteries qui utilisent des électrodes positives et négatives solides et des électrolytes solides, ce qui constitue une différence fondamentale par rapport aux batteries au lithium traditionnelles qui dépendent d'électrolytes liquides. selon les différentes teneurs en électrolyte liquide, les batteries à l'état solide peuvent être divisées en trois types : semi-solides (la masse d'électrolyte liquide est inférieure à 10 %), quasi-solides (la masse d'électrolyte liquide est inférieure à 5 %) et toutes. état solide (ne contient aucun électrolyte liquide).
par rapport aux batteries liquides, les batteries à semi-conducteurs présentent trois avantages principaux en termes de performances :
premièrement, la densité énergétique est élevée. les batteries à semi-conducteurs ont une large fenêtre électrochimique (au-dessus de 5 v), sont compatibles avec des matériaux cathodiques à plus haute tension (cathodes à haute teneur en nickel, cathodes spinelles nickel-manganèse, etc.) et peuvent utiliser du silicium et du lithium comme matériaux d'anode, ainsi atteindre une densité énergétique plus élevée. de plus, son rapport de tension élevé et sa bonne sécurité peuvent également simplifier la structure de la batterie et favoriser l'amélioration de la densité énergétique des cellules. la densité énergétique des batteries ternaires au fer et au lithium est généralement de 180 à 230 wh/kg. la batterie à semi-conducteurs de première génération récemment lancée par penghui energy (300438.sz) a une densité énergétique de 280 wh/kg. tech (002074.sz) ) a développé une batterie semi-solide d'une densité énergétique de 360wh/kg. la densité énergétique élevée apporte une autonomie de croisière plus longue. la batterie à semi-conducteurs utilisée dans le saic zhiji l6 aurait une autonomie de croisière de plus de 1 000 kilomètres.
deuxièmement, la sécurité est bonne. l'électrolyte des batteries lithium-ion présente un risque de fuite, ainsi qu'un risque de combustion spontanée et d'explosion lorsque la température est trop élevée. les électrolytes solides ont une bonne stabilité thermique, sont ininflammables et non explosifs et ne présentent aucun risque de fuite de liquide. étant donné que les électrolytes solides ont une activité chimique relativement stable, ils sont moins affectés par la température ambiante et ont une plus grande stabilité dans des conditions telles que les collisions et les collisions. extrusion. de plus, les batteries à semi-conducteurs ont une plage de températures plus large et peuvent mieux s'adapter aux environnements à haute et basse température. les produits de batteries à semi-conducteurs de penghui energy ont une large plage de températures de fonctionnement de -20 ℃ ~ 85 ℃.
longue durée de vie. les batteries à semi-conducteurs utilisent des électrolytes solides ininflammables au lieu d'électrolytes organiques inflammables, ce qui peut empêcher les dendrites de lithium de percer le séparateur et de provoquer des courts-circuits, améliorant ainsi considérablement la sécurité et la durée de vie de la batterie. dans le même temps, l'électrolyte solide possède une résistance mécanique élevée, qui peut maintenir l'intégrité structurelle lorsque la batterie se dilate ou se contracte, réduisant ainsi la dégradation des performances de la batterie causée par les contraintes mécaniques. la compatibilité d'interface entre l'électrolyte solide et le matériau de l'électrode est meilleure, réduisant la croissance de l'impédance d'interface et aidant à maintenir les performances de charge et de décharge stables à long terme de la batterie. dans des conditions idéales, les performances de cycle de la batterie à semi-conducteurs. peut atteindre environ 45 000 fois.
la mise à niveau des matériaux des électrodes positives et négatives offre des opportunités d'itération
sur la base de la réalité technique selon laquelle la densité énergétique des batteries liquides est proche du plafond, on considère que les batteries à semi-conducteurs remplaceront partiellement, voire complètement, les batteries liquides à l'avenir. alors, quelles sont les similitudes et les différences entre les deux du point de vue de la chaîne industrielle ? quelles nouvelles opportunités d’investissement le processus de substitution apportera-t-il ?
regardons d'abord « pareil ». du point de vue de la structure des batteries, les batteries à semi-conducteurs et les batteries liquides ont des structures similaires, toutes deux constituées d'une électrode positive, d'une électrode négative et d'un électrolyte. du point de vue de la chaîne industrielle, la composition des deux chaînes industrielles est à peu près la même, y compris l'extrémité des ressources en amont, l'extrémité de la fabrication intermédiaire et l'extrémité des applications en aval. du point de vue des coûts, les matériaux des batteries constituent la principale source de coûts.
en regardant encore une fois « différent », la principale différence entre les deux réside dans les matériaux utilisés. le rapport de recherche de guolian securities a souligné que le développement et l'application de la technologie des batteries à semi-conducteurs seront pénétrés étape par étape sous la forme de « électrolyte solide → nouvelle électrode négative → nouvelle électrode positive », le noyau étant le introduction de nouveaux systèmes matériels. parmi eux, le matériau de l'électrode négative passera du graphite à l'électrode négative à base de silicium, à l'électrode négative contenant du lithium et à l'électrode négative au lithium métallique ; le matériau de l'électrode positive passera du ternaire à haute teneur en nickel à la haute tension. le nickel ternaire, le nickel ternaire à ultra haute teneur, puis le nickel spinelle. de nouveaux matériaux cathodiques tels que le manganate de lithium et la base riche en lithium en couches sont améliorés de manière itérative ; le séparateur passera d'un séparateur traditionnel à un séparateur recouvert d'oxyde, et éventuellement ; le séparateur sera supprimé.
en termes de cathodes, les systèmes actuels de phosphate de fer et de lithium et de matériaux ternaires peuvent continuer à être utilisés, et des matériaux cathodiques haute tension peuvent être utilisés à l'avenir pour atteindre une densité énergétique plus élevée. à l'heure actuelle, le développement de cathodes de batteries à semi-conducteurs se concentre principalement sur les cathodes ternaires à haute teneur en nickel, l'oxyde de lithium-nickel-manganèse, les cathodes à base de manganèse riches en lithium et d'autres voies. parmi elles, les cathodes ternaires à haute teneur en nickel sont devenues le courant dominant en raison de leurs avantages tels qu'une densité énergétique élevée, de bonnes performances de débit et un degré élevé de commercialisation. des matériaux tels que le manganèse riche en lithium et le manganate de lithium et de nickel présentent des avantages exceptionnels en termes de densité énergétique élevée et devraient devenir de nouvelles orientations à l'avenir. parmi les sociétés cotées, rongbai technology (688005.sh) et dangsheng technology (300073.sz) ont déjà expédié des produits ternaires à haute teneur en nickel à des sociétés de batteries à semi-conducteurs, et guoxuan hi-tech et beterui (835185.bj) ont également une mise en page.
en termes d'électrodes négatives, les matériaux des électrodes négatives des batteries à semi-conducteurs comprennent principalement le graphite, le silicium, le lithium métallique, etc., qui sont assez différents des batteries liquides. à court et moyen terme, les anodes à base de silicium devraient devenir la principale solution pour les matériaux d’anodes des batteries à semi-conducteurs. la capacité spécifique théorique du silicium atteint 4 200 mah/g, soit plus de dix fois la capacité en grammes des matériaux d'anode en graphite actuels (372 mah/g). elle présente les avantages d'un faible potentiel, d'une capacité en grammes élevée, d'une densité énergétique élevée. réserves de ressources suffisantes et faible coût. à long terme, le lithium métallique deviendra le choix ultime pour les anodes de batteries à semi-conducteurs. le lithium métallique présente les avantages d'une capacité théorique élevée en grammes et d'un faible potentiel d'électrode. cependant, l'industrialisation du lithium métallique présente encore certains défis, notamment les courts-circuits provoqués par les dendrites de lithium perçant le séparateur, la déconnexion provoquée par les changements de volume pendant le cyclage et. instable problèmes de dégradation des performances causés par le film sei, etc.
en termes d'anodes à base de silicium, shanshan co., ltd. (600884.sh), xiangfenghua (300890.sz), putilai (603559.sh), beterui, zhongke electric (300035.sz), etc. ont tous une capacité de production. plans ; en termes d'anodes de lithium métallique, les géants traditionnels des ressources en lithium tels que ganfeng lithium industry (002460.sz) et tianqi lithium industry (002466.sz) devraient bénéficier des dividendes du marché apportés par l'itération des anodes et la croissance de la demande à long terme. .
les électrolytes semi-solides stimulent la demande de métaux rares
en tant que principale « variable » dans l’application de la technologie des batteries à l’état solide, les électrolytes à l’état solide peuvent être principalement divisés en électrolytes à l’état solide polymère et électrolytes à l’état solide inorganiques selon différents types de matériaux. le système représentatif des premiers est le peo. l'oxyde de polyéthylène, tandis que ce dernier comprend des oxydes, des systèmes sulfure et halogénure.
parmi eux, les électrolytes d'oxyde ont une bonne stabilité thermique et chimique contre le lithium métallique et sont généralement utilisés dans les batteries semi-solides. les sociétés représentatives de cette voie comprennent tdk, toyota, qingtao energy, weilan new energy et ganfeng lithium battery, funeng technology. (688567.sh), guoxuan high-tech, lishen battery, huineng technology, etc. ; le sulfure a une conductivité supérieure et est considéré comme un matériau candidat solide pour les batteries entièrement solides. les sociétés représentatives de cette voie incluent samsung sdi, sk. , lg new energy, solidpower, panasonic, catl (300750.sz), byd (002594.sz), guangzhou automobile group (601238.sh), penghui energy, etc.
dans la voie de l'électrolyte oxyde, selon la structure cristalline de l'électrolyte, il peut être divisé en type de structure pérovskite (tel que llto), type de structure grenat (tel que llzo), type de conducteur ionique rapide (latp), thiophosphate (lgps), etc. cela créera une nouvelle demande de matières premières métalliques telles que le zirconium, le lanthane, le titane et le germanium.
les matières premières du llzo comprennent le dioxyde de zirconium, le nitrate de zirconium, le carbonate de zirconium, etc. les réserves de ressources en zirconium de mon pays sont faibles, la demande est importante, la dépendance aux importations peut atteindre plus de 90 % et l'offre et la demande sont en équilibre serré depuis longtemps. les sociétés nationales de production de zirconium comprennent principalement dongfang zirconium industry (002167.sz), sanxiang new materials (603663.sh), kaisheng technology (600552.sh), etc., et ont déjà pris des mesures de soutien à la recherche et au développement pour les matériaux de batteries à semi-conducteurs. .
les matières premières du llzo/llto comprennent l'oxyde de lanthane, le nitrate de lanthane, l'hydroxyde de lanthane, etc. la chine est riche en ressources de terres rares et contribue à 70 % de la production mondiale. shenghe resources (600392.sh) et northern rare earth (600111.sh) ont la capacité de production d'oxyde de lanthane.
les matières premières du llto/latp comprennent le dioxyde de titane, le pyrophosphate de titane, etc. en 2022, les réserves mondiales de ressources en titane (calculées en tio2) seront d'environ 700 millions de tonnes, principalement de l'ilménite ; la chine représente 29 % des réserves mondiales, se classant au premier rang mondial. les principaux fabricants nationaux de dioxyde de titane comprennent cnnc titanium dioxyde (002145.sz), longbai group (002601.sz), vanadium titanium co., ltd. (000629.sz), etc.
les matières premières telles que le lagp et l'électrolyte solide sulfuré lgps comprennent le dioxyde de germanium, le sulfure de germanium, etc. les principales entreprises nationales comprennent yunnan germanium industry (002428.sz) et chihong zinc germanium (600497.sh).
le sulfure de lithium devient la clé de la réduction des coûts des électrolytes solides
les électrolytes sulfurés conviennent aux batteries entièrement solides. les matériaux électrolytiques comprennent principalement le sulfure de lithium (li2s), le sulfure de sodium (na2s), le sulfure de potassium (k2s) et d'autres types. parmi eux, la voie du sulfure de lithium a reçu une plus grande attention. le rapport de recherche d'oriental securities a souligné que parmi les électrolytes sulfurés avec différentes structures cristallines, compte tenu des caractéristiques de sécurité thermique, du coût, de la maturité du processus et d'autres facteurs, l'électrolyte sulfure d'argent germanium lpscl (li6ps5cl) est la meilleure sélection de batterie tout solide au sulfure. .
cependant, le prix élevé du sulfure de lithium est devenu le principal obstacle limitant la commercialisation des électrolytes sulfurés. en prenant le lpscl comme exemple, le sulfure de lithium est une matière première clé pour la synthèse de l'électrolyte lpscl. le prix actuel du sulfure de lithium dépasse 650 000 $ us/tonne (environ 4,63 millions de rmb/tonne), ce qui est bien supérieur au seuil de commercialisation.
à l'heure actuelle, les principales méthodes de production de sulfure de lithium comprennent le broyage mécanique à billes, la méthode de réduction à haute température, la méthode au solvant, etc. ces processus de préparation ont des exigences élevées en matière de température, d'humidité et de consommation d'énergie, et le processus de préparation doit être effectué dans une atmosphère inerte, ce qui entraîne le prix élevé du sulfure de lithium, représentant près de 80 % du coût des électrolytes solides sulfurés. en outre, les électrolytes solides sulfurés sont également confrontés à des problèmes tels qu'un mauvais contact d'interface solide-solide, ce qui entraîne une efficacité réduite de la transmission des ions, une réaction facile avec l'humidité pour produire des gaz toxiques et la nécessité d'un environnement inerte pour la production et le stockage. par conséquent, l’amélioration du processus de préparation du sulfure de lithium est devenue un facteur clé pour réduire le coût des électrolytes sulfurés et même pour réduire le coût des batteries entièrement solides.
les sociétés cotées qui ont déployé du sulfure de lithium à l'avance pourraient être les premières à bénéficier du développement des batteries entièrement solides. tianqi lithium a actuellement achevé les travaux de support liés à l'industrialisation du sulfure de lithium de nouvelle génération, a réalisé des prototypes avec plus de dix clients en aval et continue de procéder à l'amélioration de la qualité des produits et à l'optimisation de la technologie de réduction des coûts de hunan, une filiale holding d'enjie co ; ., ltd. (002812.sz) enjie frontier new materials a actuellement achevé la construction et l'exploitation d'une capacité de production annuelle à petite échelle d'une tonne d'essai pour les produits de sulfure de lithium de haute pureté à l'état solide, et a construit une capacité de production de 100 tonnes. ligne de production pilote de sulfure de lithium.
de plus, rongbai technology a déposé un brevet concernant la méthode de préparation du sulfure de lithium en décembre 2023. en ajoutant une source de soufre organique, elle favorise la réaction entre la source de carbone et le sulfate de lithium, réduit la production d'impureté li2o et améliore la pureté. de sulfure de lithium ; lan haihua high energy times, une filiale par actions de teng (300484.sz), a réalisé des percées dans la modification des matériaux et a la capacité de produire en masse des matières premières de sulfure de lithium en tonnes dans le cadre de coûts contrôlables. , et les résultats des tests physiques xrd montrent que la pureté du matériau est élevée, a déclaré la société. les résultats des tests de performance de conductivité ionique de l'électrolyte sulfuré (lipscl) peuvent se comparer au niveau le plus élevé au monde.
(cet article provient de china business news)
