l'industrializzazione delle batterie allo stato solido sta accelerando. chi può assaggiare la "zuppa di testa"?
2024-09-13
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le batterie allo stato solido, con la loro rivoluzionaria sicurezza e densità energetica, sono considerate la "risposta definitiva" alla tecnologia delle batterie.
mentre la tecnologia continua a maturare, il processo di industrializzazione delle batterie allo stato solido nel mio paese sta accelerando e recentemente sono stati presentati numerosi prodotti basati su batterie allo stato solido.
i nuovi prodotti interamente a stato solido hanno portato il settore delle batterie a stato solido a diventare uno dei pochi punti luminosi del mercato nel prossimo futuro. gli analisti del settore ritengono che nel processo di industrializzazione delle batterie allo stato solido, l’opportunità più certa potrebbe risiedere nella riduzione dei costi della materia prima solfuro di litio, mentre le batterie allo stato semisolido si basano su elevata sicurezza ed elevata compatibilità con la produzione esistente linee, processo semplice, con vantaggi come costi inferiori, si prevede che diventi una soluzione di transizione dalle attuali batterie liquide alle batterie interamente allo stato solido, che precederà la produzione di massa di batterie interamente allo stato solido e porterà il primo round opportunità di investimento.
supera completamente le prestazioni della batteria a liquido
le batterie allo stato solido, come suggerisce il nome, sono batterie che utilizzano elettrodi solidi positivi e negativi ed elettroliti solidi, costituendo una differenza fondamentale rispetto alle tradizionali batterie al litio che si basano su elettroliti liquidi. in base al diverso contenuto di elettrolita liquido, le batterie a stato solido possono essere suddivise in tre tipi: semi-solide (la massa dell'elettrolito liquido è inferiore al 10%), quasi-solide (la massa dell'elettrolito liquido è inferiore al 5%) e tutte- stato solido (non contiene elettrolita liquido).
rispetto alle batterie liquide, le batterie allo stato solido presentano tre principali vantaggi in termini di prestazioni:
innanzitutto, la densità energetica è elevata. le batterie allo stato solido hanno un'ampia finestra elettrochimica (sopra 5 v), sono compatibili con più materiali catodici ad alta tensione (catodi ad alto contenuto di nichel, catodi di spinello di nichel-manganese, ecc.) e possono utilizzare silicio e litio come materiali anodici, quindi raggiungere una maggiore densità energetica. inoltre, l'elevato rapporto di tensione e la buona sicurezza possono anche semplificare la struttura della batteria e promuovere il miglioramento della densità energetica delle celle. la densità energetica delle batterie ternarie al ferro-litio è solitamente di 180-230 wh/kg. la batteria allo stato solido di prima generazione recentemente rilasciata da penghui energy (300438.sz) ha una densità energetica di 280 wh/kg. tech (002074.sz) ) ha sviluppato una batteria semisolida con una densità di energia di 360wh/kg. l'elevata densità di energia garantisce un'autonomia di crociera più lunga. si dice che la batteria allo stato solido utilizzata nel saic zhiji l6 abbia un'autonomia di oltre 1.000 chilometri.
in secondo luogo, la sicurezza è buona. l'elettrolito delle batterie agli ioni di litio presenta il rischio di perdite e vi è il rischio di combustione spontanea ed esplosione quando la temperatura è troppo elevata. gli elettroliti solidi hanno una buona stabilità termica, non sono infiammabili e non esplosivi e non presentano rischi di perdite di liquidi. poiché gli elettroliti solidi hanno un'attività chimica relativamente stabile, sono meno influenzati dalla temperatura ambiente e hanno una maggiore stabilità in condizioni come collisioni e urti estrusione. inoltre, le batterie allo stato solido hanno un intervallo di temperature più ampio e possono adattarsi meglio ad ambienti ad alta e bassa temperatura. le batterie allo stato solido di penghui energy hanno un ampio intervallo di temperature operative di -20 ℃ ~ 85 ℃.
ciclo di vita lungo. le batterie allo stato solido utilizzano elettroliti solidi non infiammabili invece di elettroliti organici infiammabili, che possono impedire ai dendriti di litio di perforare il separatore e causare cortocircuiti, migliorando notevolmente la sicurezza della batteria e la durata del ciclo. allo stesso tempo, l'elettrolita solido ha un'elevata resistenza meccanica, che può mantenere l'integrità strutturale quando la batteria si espande o si contrae e riduce il degrado delle prestazioni della batteria causato dallo stress meccanico. la compatibilità dell'interfaccia tra l'elettrolita solido e il materiale dell'elettrodo è migliore, riducendo la crescita dell'impedenza dell'interfaccia e contribuendo a mantenere le prestazioni di carica e scarica stabili a lungo termine della batteria. in condizioni ideali, le prestazioni del ciclo della batteria a stato solido può raggiungere circa 45.000 volte.
l'aggiornamento dei materiali degli elettrodi positivi e negativi offre opportunità di iterazione
considerando la realtà tecnica secondo cui la densità energetica delle batterie a liquido è prossima al limite massimo, si ritiene che in futuro le batterie a stato solido sostituiranno parzialmente o addirittura completamente le batterie a liquido. quindi, quali sono le somiglianze e le differenze tra i due dal punto di vista della catena industriale? quali nuove opportunità di investimento porterà il processo di sostituzione?
diamo prima un'occhiata allo "stesso". dal punto di vista della struttura della batteria, le batterie allo stato solido e le batterie liquide hanno strutture simili, entrambe costituite da un elettrodo positivo, un elettrodo negativo e un elettrolita. dal punto di vista della catena industriale, la composizione delle due catene industriali è più o meno la stessa, compresa l’estremità a monte delle risorse, l’estremità intermedia della produzione e l’estremità a valle dell’applicazione. dal punto di vista dei costi, i materiali delle batterie rappresentano la principale fonte di costo.
guardando ancora "diverso", la differenza principale tra i due risiede nei materiali utilizzati. il rapporto di ricerca di guolian securities ha sottolineato che lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia delle batterie a stato solido saranno penetrati in modo graduale sotto forma di "elettrolita solido → nuovo elettrodo negativo → nuovo elettrodo positivo", con il nucleo che sarà il introduzione di nuovi sistemi di materiali. tra questi, il materiale dell'elettrodo negativo verrà aggiornato da grafite a elettrodo negativo a base di silicio, elettrodo negativo contenente litio e elettrodo negativo al litio metallico, il materiale dell'elettrodo positivo verrà aggiornato da ternario ad alto contenuto di nichel a alta tensione; ternario di nichel, ternario ad alto contenuto di nichel e quindi a nichel spinello. nuovi materiali catodici come manganato di litio e base ricca di litio stratificata verranno aggiornati in modo iterativo, il separatore verrà aggiornato da un separatore tradizionale a un separatore rivestito di ossido e, infine il separatore verrà eliminato.
in termini di catodi, è ancora possibile utilizzare gli attuali sistemi di litio ferro fosfato e materiali ternari, mentre i materiali catodici ad alta tensione potranno essere utilizzati in futuro per ottenere una maggiore densità energetica. allo stato attuale, lo sviluppo di catodi per batterie a stato solido si concentra principalmente su catodi ternari ad alto contenuto di nichel, ossido di litio-nichel-manganese, a base di manganese ricco di litio e altri percorsi. tra questi, i catodi ternari ad alto contenuto di nichel sono diventati l'attuale mainstream grazie ai loro vantaggi come l'elevata densità di energia, buone prestazioni di velocità e un alto grado di commercializzazione. materiali come il manganese ricco di litio e il manganato di litio e nichel presentano eccezionali vantaggi in termini di elevata densità di energia e si prevede che diventeranno nuove direzioni in futuro. tra le società quotate, rongbai technology (688005.sh) e dangsheng technology (300073.sz) hanno già spedito prodotti ternari ad alto contenuto di nichel a società produttrici di batterie a stato solido, e anche guoxuan hi-tech e beterui (835185.bj) hanno una disposizione.
in termini di elettrodi negativi, i materiali degli elettrodi negativi delle batterie a stato solido includono principalmente grafite, silicio, litio metallico, ecc., che sono abbastanza diversi dalle batterie liquide. nel breve e medio termine, si prevede che gli anodi a base di silicio diventeranno la soluzione principale per i materiali anodici delle batterie allo stato solido. la capacità specifica teorica del silicio è pari a 4200 mah/g, che è più di dieci volte la capacità in grammi degli attuali materiali anodici di grafite (372 mah/g). presenta i vantaggi di un basso potenziale, un'elevata capacità in grammi, un'elevata densità di energia. sufficienti riserve di risorse e basso costo. a lungo termine, il litio metallico diventerà la scelta definitiva per gli anodi delle batterie a stato solido. il litio metallico presenta i vantaggi di un'elevata capacità teorica in grammi e di un basso potenziale dell'elettrodo. tuttavia, ci sono ancora alcune sfide nell'industrializzazione del litio metallico, tra cui principalmente il cortocircuito causato dai dendriti di litio che perforano il separatore, la disconnessione causata dalle variazioni di volume durante il ciclo e. instabile problemi di degrado delle prestazioni causati dalla pellicola sei, ecc.
in termini di anodi a base di silicio, shanshan co., ltd. (600884.sh), xiangfenghua (300890.sz), putilai (603559.sh), beterui, zhongke electric (300035.sz), ecc. hanno tutti capacità produttiva piani in termini di anodi metallici di litio, si prevede che i giganti tradizionali delle risorse di litio come ganfeng lithium industry (002460.sz) e tianqi lithium industry (002466.sz) godranno dei dividendi di mercato apportati dall'iterazione degli anodi e dalla crescita della domanda a lungo termine; .
gli elettroliti semisolidi aumentano la domanda di metalli rari
essendo la "variabile" primaria nell'applicazione della tecnologia delle batterie a stato solido, gli elettroliti a stato solido possono essere principalmente suddivisi in elettroliti a stato solido polimerici ed elettroliti a stato solido inorganici in base ai diversi tipi di materiale. il sistema rappresentativo del primo è il peo ossido di polietilene, mentre quest'ultimo comprende ossidi, sistemi solfuri e alogenuri.
tra questi, gli elettroliti di ossido hanno una buona stabilità termica e stabilità chimica rispetto al litio metallico e vengono solitamente utilizzati nelle batterie semisolide. le aziende rappresentative di questo percorso includono tdk, toyota, qingtao energy, weilan new energy e ganfeng lithium battery, funeng technology. (688567.sh), guoxuan high-tech, lishen battery, huineng technology, ecc.; il solfuro ha una conduttività superiore ed è considerato un materiale candidato forte per le batterie allo stato solido. le aziende rappresentative di questo percorso includono samsung sdi, sk , lg new energy, solidpower, panasonic, catl (300750.sz), byd (002594.sz), guangzhou automobile group (601238.sh), penghui energy, ecc.
nel percorso dell'elettrolita di ossido, in base alla struttura cristallina dell'elettrolita, può essere suddiviso in tipo di struttura perovskite (come llto), tipo di struttura a granato (come llzo), tipo conduttore ionico veloce (latp), tiofosfato (lgps), ecc. creerà una nuova domanda di materie prime metalliche come zirconio, lantanio, titanio e germanio.
le materie prime di llzo includono biossido di zirconio, nitrato di zirconio, carbonato di zirconio, ecc. le riserve di risorse di zirconio del mio paese sono piccole, la domanda è ampia, la dipendenza dalle importazioni supera il 90% e il modello di domanda e offerta è in stretto equilibrio da molto tempo. le società nazionali di produzione di zirconio includono principalmente dongfang zirconium industry (002167.sz), sanxiang new materials (603663.sh), kaisheng technology (600552.sh), ecc., e hanno già sostenuto azioni di ricerca e sviluppo per materiali per batterie a stato solido .
le materie prime di llzo/llto includono ossido di lantanio, nitrato di lantanio, idrossido di lantanio, ecc. la cina è ricca di risorse di terre rare e contribuisce al 70% della produzione globale. le risorse shenghe (600392.sh) e le terre rare settentrionali (600111.sh) hanno la capacità di produzione di ossido di lantanio.
le materie prime di llto/latp includono biossido di titanio, pirofosfato di titanio, ecc. nel 2022, le riserve globali di risorse di titanio (calcolate come tio2) saranno pari a circa 700 milioni di tonnellate, principalmente ilmenite che rappresenta il 29% del mondo, classificandosi al primo posto nel mondo; i principali produttori nazionali di biossido di titanio includono cnnc titanium diossido (002145.sz), longbai group (002601.sz), vanadium titanium co., ltd. (000629.sz), ecc.
materie prime come lagp e l'elettrolita solido solforato lgps includono biossido di germanio, solfuro di germanio, ecc. le principali aziende nazionali includono yunnan germanium industry (002428.sz) e chihong zinc germanium (600497.sh).
il solfuro di litio diventa la chiave per la riduzione dei costi degli elettroliti allo stato solido
gli elettroliti al solfuro sono adatti per tutte le batterie allo stato solido. i materiali elettrolitici includono principalmente solfuro di litio (li2s), solfuro di sodio (na2s), solfuro di potassio (k2s) e altri tipi. tra questi, la via del solfuro di litio ha ricevuto maggiore attenzione. il rapporto di ricerca di oriental securities ha sottolineato che tra gli elettroliti al solfuro con diverse strutture cristalline, considerando le caratteristiche di sicurezza termica, i costi, la maturità del processo e altri fattori, l'elettrolita al solfuro di argento-germanio lpscl (li6ps5cl) è la migliore batteria allo stato solido al solfuro .
tuttavia, il prezzo elevato del solfuro di litio è diventato il principale ostacolo che limita la commercializzazione degli elettroliti solforati. prendendo come esempio lpscl, il solfuro di litio è una materia prima chiave per la sintesi dell’elettrolita lpscl. il prezzo attuale del solfuro di litio supera i 650.000 dollari usa/tonnellata (circa 4,63 milioni di rmb/tonnellata), che è di gran lunga superiore alla soglia di commercializzazione.
attualmente, i principali metodi di produzione del solfuro di litio comprendono la macinazione meccanica a palle, il metodo di riduzione ad alta temperatura, il metodo con solvente, ecc. questi processi di preparazione hanno requisiti elevati in termini di temperatura, umidità e consumo di energia e il processo di preparazione deve essere eseguito in un'atmosfera inerte, con conseguente prezzo elevato del solfuro di litio, che rappresenta quasi l'80% del costo degli elettroliti solidi al solfuro. inoltre, gli elettroliti solidi solforati devono affrontare anche problemi come uno scarso contatto di interfaccia solido-solido, che porta a una ridotta efficienza di trasmissione degli ioni, una facile reazione con l'umidità per produrre gas tossici e la necessità di un ambiente inerte per la produzione e lo stoccaggio. pertanto, il miglioramento del processo di preparazione del solfuro di litio è diventato un fattore chiave per ridurre il costo degli elettroliti al solfuro e persino per ridurre il costo delle batterie interamente allo stato solido.
le società quotate che hanno utilizzato in anticipo il solfuro di litio potrebbero essere le prime a trarre vantaggio dallo sviluppo di batterie interamente allo stato solido. tianqi lithium ha attualmente completato il lavoro di supporto relativo all'industrializzazione del solfuro di litio di prossima generazione, ha condotto prototipi con più di dieci clienti a valle e continua a svolgere attività di miglioramento della qualità del prodotto e ottimizzazione della tecnologia di riduzione dei costi hunan, una holding controllata di enjie co ., ltd. (002812.sz) gli attuali prodotti al solfuro di litio ad elevata purezza per lo stato solido di enjie frontier new materials hanno completato la costruzione e il funzionamento di una capacità di produzione annuale di prova su piccola scala a livello di tonnellata e hanno costruito un livello di 100 tonnellate linea di produzione pilota di solfuro di litio.
inoltre, nel dicembre 2023, rongbai technology ha richiesto un brevetto relativo al metodo di preparazione del solfuro di litio. aggiungendo una fonte di zolfo organico, si promuove la reazione tra la fonte di carbonio e il solfato di litio, si riduce la produzione di impurità li2o e si migliora la purezza. di solfuro di litio; lan haihua high energy times, una filiale per azioni di teng (300484.sz), ha fatto passi avanti nella modifica dei materiali e ha la capacità di produrre in serie materie prime di solfuro di litio a livello di tonnellate con la premessa di costi controllabili. e i risultati dei test fisici xrd mostrano che la purezza del materiale è elevata, ha affermato la società. i risultati dei test sulle prestazioni di conducibilità ionica dell'elettrolita solforato (lipscl) possono essere paragonati al livello più alto del mondo.
(questo articolo proviene da china business news)
