a industrialização das baterias de estado sólido está se acelerando. quem pode saborear a “sopa de cabeça”?
2024-09-13
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as baterias de estado sólido, com sua segurança revolucionária e densidade de energia, são consideradas a “resposta definitiva” para a tecnologia de baterias.
à medida que a tecnologia continua a amadurecer, o processo de industrialização de baterias de estado sólido no meu país está a acelerar, e uma série de produtos de baterias totalmente de estado sólido foram revelados recentemente.
novos produtos totalmente de estado sólido levaram o setor de baterias de estado sólido a se tornar um dos poucos pontos positivos do mercado num futuro próximo. analistas da indústria acreditam que no processo de industrialização de baterias totalmente de estado sólido, a oportunidade mais certa pode estar na redução de custos da matéria-prima sulfeto de lítio, enquanto as baterias de estado semi-sólido são baseadas em alta segurança e alta compatibilidade com a produção existente; linhas, processo simples, com vantagens como menor custo, espera-se que se torne uma solução de transição das atuais baterias líquidas para baterias totalmente de estado sólido, que precederá a produção em massa de baterias totalmente de estado sólido e trará a primeira rodada oportunidades de investimento.
supere de forma abrangente o desempenho da bateria líquida
baterias de estado sólido, como o nome sugere, são baterias que usam eletrodos sólidos positivos e negativos e eletrólitos sólidos, formando uma diferença fundamental em relação às baterias de lítio tradicionais que dependem de eletrólitos líquidos. de acordo com o diferente conteúdo de eletrólito líquido, as baterias de estado sólido podem ser divididas em três tipos: semissólidas (a massa do eletrólito líquido é inferior a 10%), quase-sólidas (a massa do eletrólito líquido é inferior a 5%) e todas- estado sólido (não contém nenhum eletrólito líquido).
em comparação com as baterias líquidas, as baterias de estado sólido têm três vantagens principais em desempenho:
primeiro, a densidade de energia é alta. as baterias de estado sólido têm uma ampla janela eletroquímica (acima de 5 v), são compatíveis com mais materiais catódicos de alta tensão (cátodos com alto teor de níquel, cátodos espinélio de níquel-manganês, etc.) e podem usar silício e lítio como materiais anódicos, portanto alcançando maior densidade de energia. além disso, sua relação de alta tensão e boa segurança também podem simplificar a estrutura da bateria e promover a melhoria da densidade de energia celular. a densidade de energia das baterias ternárias de ferro-lítio é geralmente de 180-230wh/kg. a bateria de estado sólido de primeira geração lançada recentemente pela penghui energy (300438.sz) tem uma densidade de energia de 280wh/kg. tech (002074.sz)) desenvolveu uma bateria semissólida com densidade de energia de 360wh/kg. a alta densidade de energia proporciona maior alcance de cruzeiro. diz-se que a bateria de estado sólido usada no saic zhiji l6 tem um alcance de cruzeiro de mais de 1.000 quilômetros.
em segundo lugar, a segurança é boa. o eletrólito das baterias de íon de lítio apresenta risco de vazamento e risco de combustão espontânea e explosão quando a temperatura é muito alta. os eletrólitos sólidos têm boa estabilidade térmica, não são inflamáveis e não explosivos e não apresentam risco de vazamento de líquidos. como os eletrólitos sólidos têm atividade química relativamente estável, eles são menos afetados pela temperatura ambiente e têm maior estabilidade sob condições como colisão e. extrusão. além disso, as baterias de estado sólido têm uma faixa de temperatura mais ampla e podem se adaptar melhor a ambientes de alta e baixa temperatura. os produtos de bateria de estado sólido da penghui energy têm uma ampla faixa de temperatura operacional de -20 ℃ ~ 85 ℃.
ciclo de vida longo. as baterias de estado sólido usam eletrólitos sólidos não inflamáveis em vez de eletrólitos orgânicos inflamáveis, o que pode inibir os dendritos de lítio de perfurar o separador e causar curtos-circuitos, melhorando muito a segurança e o ciclo de vida da bateria. ao mesmo tempo, o eletrólito sólido possui alta resistência mecânica, o que pode manter a integridade estrutural quando a bateria se expande ou contrai, reduzindo a degradação do desempenho da bateria causada pelo estresse mecânico. a compatibilidade da interface entre o eletrólito sólido e o material do eletrodo é melhor, reduzindo o crescimento da impedância da interface e ajudando a manter o desempenho estável de carga e descarga da bateria em condições ideais, o desempenho do ciclo da bateria de estado sólido. pode chegar a cerca de 45.000 vezes.
a atualização de materiais de eletrodos positivos e negativos traz oportunidades de iteração
com base na realidade técnica de que a densidade de energia das baterias líquidas está próxima do teto, considera-se que as baterias de estado sólido substituirão parcial ou mesmo completamente as baterias líquidas no futuro. então, quais são as semelhanças e diferenças entre os dois do ponto de vista da cadeia industrial? que novas oportunidades de investimento o processo de substituição trará?
vejamos primeiro “mesmo”. do ponto de vista da estrutura da bateria, as baterias de estado sólido e as baterias líquidas têm estruturas semelhantes, ambas consistindo em um eletrodo positivo, um eletrodo negativo e um eletrólito. do ponto de vista da cadeia industrial, a composição das duas cadeias industriais é aproximadamente a mesma, incluindo a extremidade a montante dos recursos, a extremidade intermédia da produção e a extremidade a jusante da aplicação. do ponto de vista dos custos, os materiais das baterias são a sua principal fonte de custos.
olhando novamente para “diferente”, a principal diferença entre os dois está nos materiais utilizados. o relatório de pesquisa da guolian securities apontou que o desenvolvimento e a aplicação da tecnologia de bateria de estado sólido serão penetrados passo a passo na forma de "eletrólito sólido → novo eletrodo negativo → novo eletrodo positivo", com o núcleo sendo o introdução de novos sistemas materiais. entre eles, o material do eletrodo negativo será atualizado de grafite para eletrodo negativo à base de silício, eletrodo negativo contendo lítio e eletrodo negativo de lítio metálico, o material do eletrodo positivo será atualizado de ternário de alto níquel para alta tensão; ternário de níquel, ternário de níquel ultra-alto e, em seguida, para níquel espinélio. novos materiais catódicos, como manganato de lítio e base rica em lítio em camadas, serão atualizados iterativamente, o separador será atualizado de um separador tradicional para um separador revestido de óxido e, eventualmente, o separador será eliminado.
em termos de cátodos, os atuais sistemas de fosfato de ferro-lítio e materiais ternários podem continuar a ser usados, e materiais catódicos de alta tensão podem ser usados no futuro para alcançar maior densidade de energia. atualmente, o desenvolvimento de cátodos de bateria de estado sólido concentra-se principalmente em cátodos ternários com alto teor de níquel, óxido de lítio-níquel-manganês, rotas à base de manganês rico em lítio e outras rotas. entre eles, os cátodos ternários com alto teor de níquel tornaram-se o mainstream atual devido às suas vantagens, como alta densidade de energia, bom desempenho de taxa e alto grau de comercialização. materiais como manganês rico em lítio e manganato de níquel-lítio têm vantagens notáveis em alta densidade de energia e espera-se que se tornem novas direções no futuro. entre as empresas listadas, a rongbai technology (688005.sh) e a dangsheng technology (300073.sz) já enviaram produtos ternários com alto teor de níquel para empresas de baterias de estado sólido, e guoxuan hi-tech e beterui (835185.bj) também o fizeram. um layout.
em termos de eletrodos negativos, os materiais dos eletrodos negativos das baterias de estado sólido incluem principalmente grafite, silício, lítio metálico, etc., que são bastante diferentes das baterias líquidas. no curto e médio prazo, espera-se que os ânodos à base de silício se tornem a principal solução para materiais anódicos de baterias de estado sólido. a capacidade específica teórica do silício é tão alta quanto 4200mah/g, que é mais de dez vezes a capacidade em gramas dos atuais materiais de ânodo de grafite (372mah/g). tem as vantagens de baixo potencial, alta capacidade em gramas, alta densidade de energia, reservas de recursos suficientes e baixo custo. no longo prazo, o lítio metálico se tornará a escolha definitiva para ânodos de baterias de estado sólido. o lítio metálico tem as vantagens de alta capacidade grama teórica e baixo potencial de eletrodo. no entanto, ainda existem alguns desafios na industrialização do lítio metálico, incluindo principalmente curto-circuito causado por dendritos de lítio perfurando o separador, desconexão causada por mudanças de volume durante o ciclo, e. instável problemas de degradação de desempenho causados por filme sei, etc.
em termos de ânodos à base de silício, shanshan co., ltd. (600884.sh), xiangfenghua (300890.sz), putilai (603559.sh), beterui, zhongke electric (300035.sz), etc., todos têm capacidade de produção planos; em termos de ânodos metálicos de lítio, espera-se que os gigantes tradicionais em recursos de lítio, como ganfeng lithium industry (002460.sz) e tianqi lithium industry (002466.sz), desfrutem de dividendos de mercado trazidos pela iteração de ânodos e pelo crescimento da demanda no longo prazo; .
eletrólitos semissólidos aumentam a demanda por metais raros
como a "variável" primária na aplicação da tecnologia de bateria de estado sólido, os eletrólitos de estado sólido podem ser divididos principalmente em eletrólitos poliméricos de estado sólido e eletrólitos inorgânicos de estado sólido, de acordo com os diferentes tipos de materiais. o sistema representativo do primeiro é o peo. óxido de polietileno, enquanto o último inclui óxidos, sistemas de sulfeto e haleto.
entre eles, os eletrólitos de óxido têm boa estabilidade térmica e estabilidade química contra o metal de lítio e são geralmente usados em baterias semissólidas. as empresas representativas desta rota incluem tdk, toyota, qingtao energy, weilan new energy e ganfeng lithium battery, funeng technology. (688567.sh), guoxuan high-tech, lishen battery, huineng technology, etc.; o sulfeto é superior em condutividade e é considerado um forte candidato para baterias totalmente de estado sólido. as empresas representativas desta rota incluem samsung sdi, sk. , lg new energy, solidpower, panasonic, catl (300750.sz), byd (002594.sz), guangzhou automobile group (601238.sh), penghui energy, etc.
na rota do eletrólito de óxido, de acordo com a estrutura cristalina do eletrólito, ele pode ser dividido em tipo de estrutura perovskita (como llto), tipo de estrutura granada (como llzo), tipo de condutor iônico rápido (latp), tiofosfato (lgps), etc. isso criará uma nova demanda por matérias-primas metálicas, como zircônio, lantânio, titânio e germânio.
as matérias-primas do llzo incluem dióxido de zircônio, nitrato de zircônio, carbonato de zircônio, etc. as reservas de recursos de zircónio do meu país são pequenas, a procura é grande, a dependência das importações chega a ultrapassar os 90% e o padrão de oferta e procura mantém-se num equilíbrio apertado há muito tempo. as empresas nacionais de produção de zircônio incluem principalmente dongfang zirconium industry (002167.sz), sanxiang new materials (603663.sh), kaisheng technology (600552.sh), etc., e já realizaram ações de apoio à pesquisa e desenvolvimento para materiais de bateria de estado sólido .
as matérias-primas do llzo/llto incluem óxido de lantânio, nitrato de lantânio, hidróxido de lantânio, etc. a china é rica em recursos de terras raras e contribui com 70% da produção global. shenghe resources (600392.sh) e northern rare earth (600111.sh) têm capacidade de produção de óxido de lantânio.
as matérias-primas do llto/latp incluem dióxido de titânio, pirofosfato de titânio, etc. em 2022, as reservas globais de recursos de titânio (calculadas como tio2) serão de aproximadamente 700 milhões de toneladas, principalmente a ilmenita representa 29% do mundo, ocupando o primeiro lugar no mundo; os principais fabricantes nacionais de dióxido de titânio incluem cnnc titanium dióxido (002145.sz), longbai group (002601.sz), vanadium titanium co., ltd.
matérias-primas como lagp e eletrólito sólido de sulfeto lgps incluem dióxido de germânio, sulfeto de germânio, etc. as principais empresas nacionais incluem yunnan germanium industry (002428.sz) e chihong zinc germanium (600497.sh).
o sulfeto de lítio se torna a chave para a redução de custos de eletrólitos de estado sólido
os eletrólitos de sulfeto são adequados para baterias totalmente de estado sólido. os materiais eletrolíticos incluem principalmente sulfeto de lítio (li2s), sulfeto de sódio (na2s), sulfeto de potássio (k2s) e outros tipos. o relatório de pesquisa da oriental securities apontou que entre os eletrólitos de sulfeto com diferentes estruturas cristalinas, considerando características de segurança térmica, custo, maturidade do processo e outros fatores, o eletrólito de sulfeto de prata e germânio lpscl (li6ps5cl) é a melhor bateria de sulfeto totalmente em estado sólido. .
no entanto, o alto preço do sulfeto de lítio tornou-se o principal obstáculo que restringe a comercialização de eletrólitos de sulfeto. tomando o lpscl como exemplo, o sulfeto de lítio é uma matéria-prima essencial para a síntese do eletrólito lpscl. o preço atual do sulfeto de lítio excede us$ 650.000/ton (aproximadamente 4,63 milhões de rmb/ton), o que é muito superior ao limite de comercialização.
atualmente, os principais métodos de produção de sulfeto de lítio incluem moagem mecânica de bolas, método de redução de alta temperatura, método de solvente, etc. esses processos de preparação têm altos requisitos de temperatura, umidade e consumo de energia, e o processo de preparação precisa ser realizado em uma atmosfera inerte, resultando no alto preço do sulfeto de lítio, responsável por quase 80% do custo dos eletrólitos sólidos de sulfeto. além disso, os eletrólitos sólidos de sulfeto também enfrentam problemas como o mau contato da interface sólido-sólido, o que leva à redução da eficiência da transmissão de íons, à fácil reação com a umidade para produzir gases tóxicos e à necessidade de um ambiente inerte para produção e armazenamento. portanto, melhorar o processo de preparação do sulfeto de lítio tornou-se um fator chave na redução do custo dos eletrólitos de sulfeto e até mesmo na redução do custo de baterias totalmente de estado sólido.
as empresas listadas que implantaram sulfeto de lítio antecipadamente podem ser as primeiras a se beneficiar do desenvolvimento de baterias totalmente de estado sólido. a tianqi lithium concluiu atualmente o trabalho de suporte relacionado à industrialização do sulfeto de lítio de próxima geração, conduziu protótipos com mais de dez clientes downstream e continua a realizar a melhoria da qualidade do produto e a otimização da tecnologia de redução de custos hunan, uma subsidiária holding da enjie co; (002812.sz) enjie frontier new materials atualmente concluiu a construção e operação de capacidade de produção anual em pequena escala em nível de tonelada experimental para produtos de sulfeto de lítio de alta pureza para estado sólido e construiu um nível de 100 toneladas linha de produção piloto de sulfeto de lítio.
além disso, a rongbai technology solicitou uma patente envolvendo o método de preparação de sulfeto de lítio em dezembro de 2023. ao adicionar uma fonte de enxofre orgânico, promove a reação entre a fonte de carbono e o sulfato de lítio, reduz a produção de impureza li2o e melhora a pureza. de sulfeto de lítio; lan haihua high energy times, uma subsidiária anônima da teng (300484.sz), fez avanços na modificação de materiais e tem capacidade para produzir em massa matérias-primas de sulfeto de lítio em toneladas sob a premissa de custos controláveis. , e os resultados do teste físico de xrd mostram que a pureza do material é alta, disse a empresa. os resultados do teste de desempenho de condutividade iônica do eletrólito de sulfeto (lipscl) podem ser comparados com o nível mais alto do mundo.
(este artigo vem do china business news)
