индустриализация твердотельных батарей ускоряется. кто сможет попробовать «суп из головы»?
2024-09-13
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
твердотельные батареи с их революционной безопасностью и плотностью энергии считаются «окончательным ответом» на аккумуляторные технологии.
поскольку технология продолжает развиваться, процесс индустриализации твердотельных батарей в моей стране ускоряется, и недавно был представлен ряд полностью твердотельных батарей.
новые полностью твердотельные продукты сделали сектор твердотельных аккумуляторов одним из немногих ярких пятен на рынке в ближайшем будущем. аналитики отрасли полагают, что в процессе индустриализации полностью твердотельных батарей наиболее надежная возможность может заключаться в снижении стоимости сырья сульфида лития, в то время как полутвердотельные батареи основаны на высокой безопасности и высокой совместимости с существующим производством; линии, простой процесс. ожидается, что благодаря таким преимуществам, как более низкая стоимость, он станет переходным решением от нынешних жидких батарей к полностью твердотельным батареям, что будет предшествовать массовому производству полностью твердотельных батарей и принесет первый раунд инвестиционные возможности.
комплексно превосходит производительность жидкостных батарей
твердотельные батареи, как следует из названия, представляют собой батареи, в которых используются твердые положительные и отрицательные электроды и твердые электролиты, что составляет основное отличие от традиционных литиевых батарей, в которых используются жидкие электролиты. по различному содержанию жидкого электролита твердотельные аккумуляторы можно разделить на три типа: полутвердые (масса жидкого электролита менее 10%), квазитвердые (масса жидкого электролита менее 5%) и цельнолитые. твердотельный (не содержит жидкого электролита).
по сравнению с жидкостными батареями твердотельные имеют три основных преимущества в производительности:
во-первых, плотность энергии высока. твердотельные аккумуляторы имеют широкий электрохимический диапазон (выше 5 в), совместимы с более высоковольтными катодными материалами (высоконикелевыми катодами, катодами из никель-марганцевой шпинели и т. д.) и могут использовать кремний и литий в качестве анодных материалов, таким образом достижение более высокой плотности энергии. кроме того, его высокий коэффициент напряжения и хорошая безопасность также могут упростить конструкцию батареи и способствовать улучшению плотности энергии элемента. плотность энергии тройных железо-литиевых батарей обычно составляет 180–230 втч/кг. твердотельные батареи первого поколения, недавно выпущенные компаниями penghui energy (300438.sz), имеют плотность энергии 280 втч/кг. tech (002074.sz) разработала полутвердую батарею с плотностью энергии 360 втч/кг. высокая плотность энергии увеличивает запас хода. твердотельная батарея светового года, используемая в saic zhiji l6, имеет запас хода более 1000 километров.
во-вторых, безопасность хорошая. электролит литий-ионных аккумуляторов подвержен риску утечки, а также существует риск самовозгорания и взрыва при слишком высокой температуре. твердые электролиты обладают хорошей термической стабильностью, негорючи и невзрывоопасны, а также не имеют риска утечки жидкости. поскольку твердые электролиты обладают относительно стабильной химической активностью, они меньше подвержены влиянию температуры окружающей среды и обладают более высокой стабильностью в таких условиях, как столкновения и удары. экструзия. кроме того, твердотельные аккумуляторы имеют более широкий температурный диапазон и могут лучше адаптироваться к высоким и низким температурам. твердотельные аккумуляторные батареи penghui energy имеют широкий диапазон рабочих температур от -20 ℃ до 85 ℃.
длительный цикл жизни. в твердотельных батареях используются негорючие твердые электролиты вместо легковоспламеняющихся органических электролитов, которые могут препятствовать проколу сепаратора дендритами лития и возникновению коротких замыканий, что значительно повышает безопасность батареи и увеличивает срок службы батареи. в то же время твердый электролит обладает высокой механической прочностью, что позволяет сохранять структурную целостность при расширении или сжатии батареи, уменьшая ухудшение характеристик батареи, вызванное механическим напряжением. совместимость интерфейса между твердым электролитом и материалом электрода лучше, что снижает рост импеданса интерфейса и помогает поддерживать долгосрочную стабильную производительность заряда и разряда батареи. в идеальных условиях циклическая производительность твердотельной батареи. может достигать около 45 000 раз.
модернизация материалов положительных и отрицательных электродов открывает возможности для итераций.
основываясь на технической реальности, согласно которой плотность энергии жидких батарей близка к потолку, считается, что твердотельные батареи частично или даже полностью заменят жидкие батареи в будущем. итак, каковы сходства и различия между ними с точки зрения производственной цепочки? какие новые инвестиционные возможности принесет процесс замещения?
давайте сначала посмотрим на «тот же самый». с точки зрения структуры батареи, твердотельные и жидкие батареи имеют схожую структуру, состоящую из положительного электрода, отрицательного электрода и электролита. с точки зрения производственной цепочки, состав двух промышленных цепочек примерно одинаков, включая исходную часть ресурсов, промежуточную производственную часть и нижнюю часть приложения. с точки зрения затрат, материалы для аккумуляторов являются основным источником затрат.
если еще раз взглянуть на «разное», то основное различие между ними заключается в используемых материалах. в исследовательском отчете guolian securities отмечается, что разработка и применение технологии твердотельных аккумуляторов будет осуществляться поэтапно в форме «твердый электролит → новый отрицательный электрод → новый положительный электрод», при этом ядро будет являться внедрение новых материальных систем. среди них материал отрицательного электрода будет заменен с графита на отрицательный электрод на основе кремния, литийсодержащий отрицательный электрод и металлический литий-отрицательный электрод. материал положительного электрода будет заменен с тройного материала с высоким содержанием никеля на высоковольтный высоковольтный электрод; тройной никель, тройной никель со сверхвысоким содержанием никеля, а затем и шпинельный никель. новые катодные материалы, такие как манганат лития и слоистая основа с высоким содержанием лития, будут постепенно модернизированы; разделитель будет удален.
что касается катодов, нынешние системы литий-железо-фосфата и тройных материалов могут продолжать использоваться, а в будущем могут использоваться высоковольтные катодные материалы для достижения более высокой плотности энергии. в настоящее время разработка твердотельных аккумуляторных катодов в основном сосредоточена на тройных катодах с высоким содержанием никеля, оксиде лития, никеля и марганца, на основе марганца с высоким содержанием лития и других маршрутах. среди них тройные катоды с высоким содержанием никеля стали в настоящее время основным направлением благодаря их преимуществам, таким как высокая плотность энергии, хорошие скоростные характеристики и высокая степень коммерциализации. такие материалы, как марганец с высоким содержанием лития и никель-литий-манганат, обладают выдающимися преимуществами в высокой плотности энергии и, как ожидается, в будущем станут новыми направлениями. среди компаний, котирующихся на бирже, rongbai technology (688005.sh) и dangsheng technology (300073.sz) уже поставляли тройные продукты с высоким содержанием никеля компаниям по производству твердотельных аккумуляторов, а guoxuan hi-tech и beterui (835185.bj) также поставили макет.
что касается отрицательных электродов, материалы отрицательных электродов твердотельных батарей в основном включают графит, кремний, металлический литий и т. д., которые сильно отличаются от жидких батарей. ожидается, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе аноды на основе кремния станут основным решением для изготовления анодов твердотельных батарей. теоретическая удельная емкость кремния достигает 4200 мач/г, что более чем в десять раз превышает емкость современных графитовых анодных материалов (372 мач/г). он обладает преимуществами низкого потенциала, высокой емкости в граммах, высокой плотности энергии, достаточные запасы ресурсов и низкая стоимость. в долгосрочной перспективе металлический литий станет лучшим выбором для анодов твердотельных аккумуляторов. металлический литий имеет преимущества, заключающиеся в высокой теоретической граммовой емкости и низком электродном потенциале. тем не менее, все еще существуют некоторые проблемы в индустриализации металлического лития, в основном, в том числе короткое замыкание, вызванное прокалыванием сепаратора дендритами лития, отключение, вызванное изменениями объема во время циклирования, и проблемы с нестабильной производительностью, вызванные пленкой sei и т. д.
что касается анодов на основе кремния, компании shashan co., ltd. (600884.sh), xiangfenghua (300890.sz), putilai (603559.sh), beterui, zhongke electric (300035.sz) и т. д. имеют производственные мощности. планы что касается металлических литиевых анодов, ожидается, что традиционные гиганты литиевых ресурсов, такие как ganfeng lithium industry (002460.sz) и tianqi lithium industry (002466.sz), получат рыночные дивиденды, полученные от итерации анодов и роста спроса в долгосрочной перспективе; .
полутвердые электролиты повышают спрос на редкие металлы
в качестве основной «переменной» при применении технологии твердотельных аккумуляторов твердотельные электролиты можно в основном разделить на полимерные твердотельные электролиты и неорганические твердотельные электролиты в зависимости от различных типов материалов. представительной системой первого является пэо. полиэтиленоксид, причем последний включает оксиды, сульфидные и галогенидные системы.
среди них оксидные электролиты обладают хорошей термической и химической стабильностью по отношению к металлическому литию и обычно используются в полутвердых батареях. компании-представители этого направления включают tdk, toyota, qingtao energy, weilan new energy и ganfeng lithium battery, funeng technology. (688567.sh), guoxuan high-tech, lishen battery, huineng technology и т. д.; сульфид обладает превосходной проводимостью и считается подходящим материалом для полностью твердотельных аккумуляторов. в число компаний-представителей этого направления входят samsung sdi, sk. , lg new energy, solidpower, panasonic, catl (300750.sz), byd (002594.sz), guangzhou automobile group (601238.sh), penghui energy и т. д.
в зависимости от кристаллической структуры электролита его можно разделить на тип структуры перовскита (например, llto), тип структуры граната (например, llzo), тип проводника быстрых ионов (latp), тиофосфат (lgps) и т. д. это создаст новый спрос на металлическое сырье, такое как цирконий, лантан, титан и германий.
в состав сырья ллзо входят диоксид циркония, нитрат циркония, карбонат циркония и др. запасы циркония в моей стране невелики, спрос велик, зависимость от импорта достигает более 90%, а структура спроса и предложения уже долгое время находится в жестком балансе. отечественные компании по производству циркония в основном включают dongfang zirconium industry (002167.sz), sanxiang new materials (603663.sh), kaisheng technology (600552.sh) и т. д., и уже провели исследования и разработки материалов для твердотельных аккумуляторов. .
сырье llzo/llto включает оксид лантана, нитрат лантана, гидроксид лантана и т. д. китай богат редкоземельными ресурсами и обеспечивает 70% мирового производства. компании shenghe resources (600392.sh) и northern rare earth (600111.sh) обладают производственными мощностями по производству оксида лантана.
сырьем llto/latp являются диоксид титана, пирофосфат титана и т. д. в 2022 году мировые запасы титановых ресурсов (в пересчете на tio2) составят примерно 700 миллионов тонн, в основном на ильменит приходится 29% мировых запасов, занимая первое место в мире; основными отечественными производителями диоксида титана являются cnnc titanium diоксид (002145.sz), longbai group (002601.sz), vanadium titanium co., ltd. (000629.sz) и т. д.
сырьевые материалы, такие как lagp и сульфидный твердый электролит lgps, включают диоксид германия, сульфид германия и т. д. крупнейшие отечественные компании включают yunnan germanium industry (002428.sz) и chihong zinc germanium (600497.sh).
сульфид лития становится ключом к снижению стоимости твердотельных электролитов
сульфидные электролиты подходят для полностью твердотельных батарей. электролитные материалы в основном включают сульфид лития (li2s), сульфид натрия (na2s), сульфид калия (k2s) и другие типы. среди них повышенное внимание уделяется сульфиду лития. в исследовательском отчете компании oriental securities отмечается, что среди сульфидных электролитов с различной кристаллической структурой, с учетом характеристик термической безопасности, стоимости, зрелости процесса и других факторов, сульфидный серебряно-германиевый электролит lpscl (li6ps5cl) является лучшим выбором для сульфидных полностью твердотельных батарей. .
однако высокая цена сульфида лития стала основным препятствием, ограничивающим коммерциализацию сульфидных электролитов. если взять в качестве примера lpscl, то сульфид лития является ключевым сырьем для синтеза электролита lpscl. текущая цена сульфида лития превышает 650 000 долларов сша за тонну (приблизительно 4,63 миллиона юаней за тонну), что намного превышает порог коммерциализации.
в настоящее время основные методы производства сульфида лития включают механическую шаровую мельницу, метод высокотемпературного восстановления, метод растворителя и т. д. эти процессы получения предъявляют высокие требования к температуре, влажности и энергопотреблению, поэтому процесс подготовки необходимо проводить в инертной атмосфере, что приводит к высокой цене сульфида лития, составляющего почти 80% стоимости сульфидных твердых электролитов. кроме того, сульфидные твердые электролиты также сталкиваются с такими проблемами, как плохой контакт поверхности раздела твердое-твердое, что приводит к снижению эффективности передачи ионов, легкой реакции с влагой с образованием токсичных газов и необходимости инертной среды для производства и хранения. поэтому совершенствование процесса получения сульфида лития стало ключевым фактором снижения стоимости сульфидных электролитов и даже снижения стоимости полностью твердотельных аккумуляторов.
котируемые на бирже компании, которые заранее внедрили сульфид лития, могут быть первыми, кто выиграет от разработки полностью твердотельных батарей. tianqi lithium в настоящее время завершила работу по поддержке, связанную с индустриализацией сульфида лития следующего поколения, провела прототипирование более чем десяти последующих клиентов и продолжает осуществлять улучшение качества продукции и оптимизацию технологий снижения затрат в hunan, дочерней компании enjie co; ., ltd. (002812.sz) компания enjie frontier new materials в настоящее время завершила строительство и эксплуатацию мелкосерийной испытательной годовой мощности по производству полупроводниковых продуктов из сульфида лития высокой чистоты, а также построила завод мощностью 100 тонн. пилотная линия по производству сульфида лития.
кроме того, в декабре 2023 года компания rongbai technology подала заявку на патент на метод получения сульфида лития. добавляя источник органической серы, она способствует реакции между источником углерода и сульфатом лития, снижает образование примесей li2o и повышает чистоту. сульфида лития lan haihua high energy times, акционерная дочерняя компания teng (300484.sz), добилась прорыва в модификации материалов и имеет возможности массового производства сырья на основе сульфида лития в тоннах при условии контролируемых затрат. результаты испытаний на ионную проводимость сульфидного электролита (lipscl) могут сравниться с лучшим в мире уровнем.
(эта статья взята из china business news)
