全固体電池の工業化が加速する「頭のスープ」を誰が味わえるのか？
2024-09-13
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全固体電池は、革新的な安全性とエネルギー密度を備え、電池技術の「究極の答え」とみなされています。
技術が成熟し続けるにつれて、我が国における全固体電池の工業化プロセスが加速しており、最近では数多くの全固体電池製品が発表されています。
新しい全固体製品の登場により、全固体電池分野は近い将来、市場における数少ない明るい分野の 1 つになるでしょう。業界アナリストは、全固体電池の工業化プロセスにおいて、最も確実なチャンスは原材料の硫化リチウムのコスト削減にあるのではないかと考えているが、半固体電池は高い安全性と既存の生産との高い適合性を基盤としている。ライン数、プロセスが簡単、低コストなどのメリットがあり、現行の液体電池から全固体電池への移行ソリューションとして期待され、全固体電池の量産化に先駆けて第一弾を実現する。投資の機会。
液体電池の性能を総合的に上回る
全固体電池は、名前が示すとおり、固体の正極および負極と固体電解質を使用する電池であり、液体電解質に依存する従来のリチウム電池とは大きな違いを形成します。液体電解質の含有量の違いに応じて、全固体電池は、半固体 (液体電解質の質量が 10% 未満)、準固体 (液体電解質の質量が 5% 未満)、および全固体電池の 3 つのタイプに分類できます。固体状態（液体電解質を含まない）。
液体電池と比較して、全固体電池には性能面で 3 つの主な利点があります。
まず、エネルギー密度が高い。全固体電池は広い電気化学的範囲 (5v 以上) を持ち、より高電圧の正極材料 (高ニッケル正極、ニッケルマンガンスピネル正極など) と互換性があり、シリコンとリチウムを負極材料として使用できます。より高いエネルギー密度を実現します。さらに、高い電圧比と優れた安全性により、電池構造を簡素化し、セルのエネルギー密度の向上を促進することもできます。三元鉄リチウム電池のエネルギー密度は通常 180 ～ 230wh/kg です。澎汇能源 (300438.sz) が最近発売した第 1 世代全固体電池のエネルギー密度は 280wh/kg です。 tech (002074.sz) ) は、エネルギー密度 360wh/kg の半固体電池を開発しました。高いエネルギー密度が航続距離の延長をもたらす saic zhiji l6 に使用されている光年固体電池の航続距離は 1,000 km 以上と言われています。
二つ目は、安全性が良いことです。リチウムイオン電池は電解液が漏れる危険性があり、高温になると自然発火・爆発する危険性があります。固体電解質は熱安定性に優れ、不燃性、非爆発性であり、液漏れの危険性がありません。固体電解質は化学活性が比較的安定しているため、周囲温度の影響を受けにくく、衝突や衝撃などの条件下でも安定性が高くなります。押し出し。さらに、全固体電池は温度範囲が広く、高温および低温環境にもよりよく適応できます。penghui energy の全固体電池製品は、-20℃～85℃の広い動作温度範囲を備えています。
長いサイクル寿命。全固体電池は、可燃性有機電解質の代わりに不燃性固体電解質を使用しているため、リチウム樹枝状結晶によるセパレータの破壊や短絡が防止され、電池の安全性とサイクル寿命が大幅に向上します。同時に、固体電解質は高い機械的強度を備えているため、電池が膨張または収縮しても構造の完全性を維持でき、機械的ストレスによる電池の性能低下を軽減できます。固体電解質と電極材料間の界面適合性が向上し、界面インピーダンスの上昇が低減され、理想的な条件下での電池の長期安定した充放電性能の維持に貢献します。約45,000回に達する可能性があります。
正極材料と負極材料のアップグレードにより反復の機会がもたらされる
液体電池のエネルギー密度が天井に近いという技術的現実に基づいて、将来的には固体電池が液体電池の一部、あるいは完全に置き換わると考えられています。では、産業チェーンの観点から見た場合、両者の類似点と相違点は何でしょうか?代替プロセスはどのような新たな投資機会をもたらすのでしょうか?
まずは「同じ」から見てみましょう。電池の構造という観点から見ると、固体電池と液体電池は同様の構造をしており、どちらも正極、負極、電解質で構成されています。産業チェーンの観点から見ると、2 つの産業チェーンの構成は、上流の資源端、中流の製造端、下流のアプリケーション端を含めてほぼ同じです。コストの観点から見ると、バッテリー材料が主なコスト源です。
改めて「違う」と考えてみると、両者の大きな違いは使用されている素材にあります。国聯証券の調査報告書は、全固体電池技術の開発と応用は「固体電解質→新しい負極→新しい正極」の形で段階的に浸透し、その核となるのは「固体電解質」であると指摘した。新しい材料システムの導入。その中で、負極材料はグラファイトからシリコンベース負極、リチウム含有負極、および金属リチウム負極にアップグレードされ、正極材料は高ニッケル三元系から高電圧高電圧にアップグレードされます。ニッケル三元、超高ニッケル三元、そしてスピネルニッケルへと、マンガン酸リチウムや層状リチウムリッチベースなどの新しいカソード材料が繰り返しアップグレードされ、最終的にはセパレータが従来のセパレータから酸化物コーティングされたセパレータにアップグレードされます。セパレータは削除されます。
カソードに関しては、現在のリン酸鉄リチウムと三元材料システムを引き続き使用でき、将来的には高電圧カソード材料を使用して、より高いエネルギー密度を達成することができます。現在、全固体電池の正極の開発は、主に高ニッケル三元正極、リチウムニッケルマンガン酸化物、リチウムリッチマンガンベースなどのルートに焦点を当てています。中でも高ニッケル三元陰極は、高エネルギー密度、良好なレート性能、高い商品化などの利点により、現在の主流となっている。リチウムリッチマンガンやマンガン酸リチウムニッケルなどの材料は、高エネルギー密度において優れた利点を有しており、将来的に新たな方向性となることが期待されている。上場企業の中では、栄白科技(688005.sh)と当盛科技(300073.sz)がすでに高ニッケル三元系製品を全固体電池会社に出荷しており、国軒高科技とbeterui(835185.bj)もある。レイアウト。
負極に関して言えば、固体電池の負極材料には主に黒鉛、シリコン、金属リチウムなどが含まれており、液体電池とは大きく異なります。短期および中期的には、シリコンベースのアノードが固体電池のアノード材料の主要なソリューションになると予想されます。シリコンの理論比容量は 4200mah/g と高く、現在の黒鉛負極材料のグラム容量 (372mah/g) の 10 倍以上です。低電位、高グラム容量、高エネルギー密度という利点があります。十分なリソースの確保と低コスト。長期的には、金属リチウムが全固体電池の負極としての究極の選択肢となるでしょう。金属リチウムには、高い理論グラム容量と低い電極電位という利点がありますが、主にセパレーターに穴を開けるリチウム樹枝状結晶による短絡、サイクル中の体積変化による断線など、金属リチウムの工業化にはまだいくつかの課題があります。不安定 sei膜等による性能低下問題
シリコンベースの陽極に関しては、shanshan co., ltd. (600884.sh)、xiangfenghua (300890.sz)、putilai (603559.sh)、beterui、zhongke electric (300035.sz) などが生産能力を持っています。金属リチウム負極に関しては、甘豊リチウム工業(002460.sz)や天斉リチウム工業(002466.sz)などの伝統的なリチウム資源大手は、長期的には負極の反復と需要の増加によってもたらされる市場の配当を享受すると予想されている。 。
半固体電解質によりレアメタルの需要が高まる
全固体電池技術の応用における主要な「変数」として、固体電解質は材料の種類に応じて主に高分子固体電解質と無機固体電解質に分類できます。前者の代表的なシステムはpeoです。ポリエチレンオキシド、後者には酸化物、硫化物、ハロゲン化物系が含まれます。
その中で、酸化物電解質はリチウム金属に対する優れた熱安定性と化学的安定性を備えており、通常、このルートの代表的な企業にはtdk、トヨタ、青島能源、威蘭新能源、甘峰リチウム電池、富能科技などが含まれます。 (688567.sh)、guoxuan high-tech、lishen battery、huinen technology など。硫化物は導電性に優れており、全固体電池の有力な候補材料と考えられています。samsung sdi、sk などが挙げられます。 、lg新能源、ソリッドパワー、パナソニック、catl(300750.sz)、byd(002594.sz)、広州汽車集団(601238.sh)、澎輝能源など。
酸化物電解質ルートでは、電解質の結晶構造により、ペロブスカイト構造型（lltoなど）、ガーネット構造型（llzoなど）、高速イオン伝導体型（latp）、チオリン酸塩（lgps）などに分類できます。ジルコニウム、ランタン、チタン、ゲルマニウムなどの金属原料の新たな需要が創出される。
llzoの原料には、二酸化ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、炭酸ジルコニウムなどが挙げられます。私の国のジルコニウム資源埋蔵量は少ないが、需要は多く、輸入依存度は90％以上と高く、需要と供給のパターンは長い間厳しいバランスにある。国内ジルコニウム生産企業としては、主に東方ジルコニウム工業(002167.sz)、三翔新材料(603663.sh)、開盛科技(600552.sh)などが挙げられ、すでに全固体電池材料の研究開発支援活動を行っている。 。
llzo/lltoの原料には、酸化ランタン、硝酸ランタン、水酸化ランタンなどが含まれます。中国はレアアース資源が豊富で、世界の生産量の70％を占めているのが盛河資源（600392.sh）と北方希土類（600111.sh）で、酸化ランタンの生産能力がある。
llto/latpの原料には二酸化チタン、ピロリン酸チタンなどが含まれます。 2022 年には、世界のチタン資源埋蔵量 (tio2 として計算) は主にイルメナイトで約 7 億トンとなり、中国が世界の 29% を占め、世界第 1 位となります。国内の主な二酸化チタンメーカーとしては、cnnc二酸化チタン（002145.sz）、龍白集団（002601.sz）、バナジウムチタン株式会社（000629.sz）などが挙げられる。
lagpや硫化物固体電解質lgpsなどの原料には二酸化ゲルマニウム、硫化ゲルマニウムなどがあり、国内の大手企業としては雲南ゲルマニウム工業(002428.sz)や赤虹亜鉛ゲルマニウム(600497.sh)などが挙げられる。
硫化リチウムが固体電解質のコスト削減の鍵に
全固体電池に適した硫化物電解質には、主に硫化リチウム（li2s）、硫化ナトリウム（na2s）、硫化カリウム（k2s）などがあり、その中でも硫化リチウムルートが注目されています。オリエンタル証券の調査レポートは、異なる結晶構造を持つ硫化物電解質の中で、熱的安全性特性、コスト、プロセス成熟度などを考慮すると、硫化物銀ゲルマニウム電解質lpscl（li6ps5cl）が硫化物全固体電池の技術的ルートの選択として最適であると指摘した。 。
しかし、硫化リチウムの価格が高いことが、硫化物電解質の商業化を制限する主な障害となっている。 lpsclを例にとると、硫化リチウムはlpscl電解質合成の重要な原料であり、硫化リチウムの現在の価格は1トンあたり65万米ドル（約463万人民元）を超えており、商業化の閾値をはるかに上回っている。
現在、硫化リチウムの主な製造方法には、機械的ボールミル粉砕法、高温還元法、溶媒法などが挙げられます。これらの製造プロセスは、温度、湿度、エネルギー消費量に対する要求が高く、製造プロセスを実行する必要があります。このため、硫化リチウムの価格が高騰し、硫化物固体電解質のコストの80％近くを占めています。さらに、硫化物固体電解質は、固体と固体の界面接触が悪くイオン伝達効率が低下すること、水分と反応しやすく有毒ガスが発生すること、製造および保管に不活性環境が必要であることなどの問題にも直面しています。したがって、硫化リチウムの製造プロセスの改善は、硫化物電解質のコストを削減し、さらには全固体電池のコストを削減するための重要な要素となっています。
硫化リチウムを先行導入している上場企業は、全固体電池開発の恩恵を真っ先に受ける可能性がある。 tianqi lithiumは現在、次世代硫化リチウムの工業化に関連する支援作業を完了し、10社以上の下流顧客と試作を実施し、enjie coの持ち株会社である湖南省で製品の品質向上とコスト削減技術の最適化を継続している。 ., ltd. (002812.sz) 恩傑フロンティア新材料は現在、固体用高純度硫化リチウム製品の小規模試験トンレベルの年間生産能力の建設と運営を完了し、100トンレベルの年間生産能力を構築した。硫化リチウムのパイロット生産ライン。
また、栄白科技は2023年12月に硫化リチウムの製造方法に関する特許を出願した。有機硫黄源を添加することで炭素源と硫酸リチウムの反応を促進し、不純物であるli2oの生成を減らし、純度を向上させる。 teng (300484.sz) の株式子会社である lan haihua high energy times は、材料改良で画期的な進歩を遂げ、制御可能なコストを前提にトンレベルの硫化リチウム原料を大量生産する能力を備えています。 、物理的なxrd試験の結果は、材料の純度が高いことを示していると同社は述べた。硫化物電解質(lipscl)のイオン伝導性能試験の結果は、世界トップレベルと比較してベンチマークできるとしている。
(この記事は中国ビジネスニュースからのものです)
