la industrialización de las baterías de estado sólido se está acelerando. ¿quién puede probar la "sopa de cabeza"?
2024-09-13
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
las baterías de estado sólido, con su revolucionaria seguridad y densidad de energía, se consideran la "respuesta definitiva" a la tecnología de baterías.
a medida que la tecnología continúa madurando, el proceso de industrialización de las baterías de estado sólido en china se está acelerando y recientemente se han presentado varios productos de baterías totalmente de estado sólido.
los nuevos productos totalmente de estado sólido han impulsado al sector de las baterías de estado sólido a convertirse en uno de los pocos puntos brillantes del mercado en el futuro próximo. los analistas de la industria creen que en el proceso de industrialización de las baterías de estado sólido, la oportunidad más segura puede residir en la reducción de costos de la materia prima sulfuro de litio, mientras que las baterías de estado semisólido se basan en una alta seguridad y una alta compatibilidad con la producción existente; líneas, proceso simple, con ventajas como un menor costo, se espera que se convierta en una solución de transición de las baterías líquidas actuales a las baterías de estado sólido, que precederán a la producción en masa de baterías de estado sólido y traerán la primera ronda. oportunidades de inversión.
supere ampliamente el rendimiento de la batería líquida
las baterías de estado sólido, como su nombre indica, son baterías que utilizan electrodos positivos y negativos sólidos y electrolitos sólidos, lo que constituye una diferencia fundamental con las baterías de litio tradicionales que dependen de electrolitos líquidos. según el diferente contenido de electrolito líquido, las baterías de estado sólido se pueden dividir en tres tipos: semisólidas (la masa de electrolito líquido es inferior al 10%), cuasi sólidas (la masa de electrolito líquido es inferior al 5%) y todas- estado sólido (no contiene ningún electrolito líquido).
en comparación con las baterías líquidas, las baterías de estado sólido tienen tres ventajas principales en cuanto a rendimiento:
primero, la densidad de energía es alta. las baterías de estado sólido tienen una ventana electroquímica amplia (por encima de 5 v), son compatibles con más materiales catódicos de alto voltaje (cátodos con alto contenido de níquel, cátodos de espinela de níquel-manganeso, etc.) y pueden usar silicio y litio como materiales anódicos, por lo que logrando una mayor densidad energética. además, su relación de alto voltaje y buena seguridad también pueden simplificar la estructura de la batería y promover la mejora de la densidad de energía de la celda. la densidad de energía de las baterías ternarias de hierro y litio suele ser de 180-230 wh/kg. la batería de estado sólido de primera generación lanzada recientemente por penghui energy (300438.sz) tiene una densidad de energía de 280 wh/kg. tech (002074.sz) ) ha desarrollado una batería semisólida con una densidad energética de 360wh/kg. la alta densidad de energía proporciona una autonomía de crucero más larga. se dice que la batería de estado sólido de año luz utilizada en el saic zhiji l6 tiene una autonomía de crucero de más de 1.000 kilómetros.
en segundo lugar, la seguridad es buena. el electrolito de las baterías de iones de litio tiene riesgo de fugas y existe riesgo de combustión espontánea y explosión cuando la temperatura es demasiado alta. los electrolitos sólidos tienen buena estabilidad térmica, no son inflamables ni explosivos y no tienen riesgo de fuga de líquido. dado que los electrolitos sólidos tienen una actividad química relativamente estable, se ven menos afectados por la temperatura ambiente y tienen una mayor estabilidad en condiciones como colisión y. extrusión. además, las baterías de estado sólido tienen un rango de temperatura más amplio y pueden adaptarse mejor a entornos de alta y baja temperatura. los productos de baterías de estado sólido de penghui energy tienen un amplio rango de temperatura de funcionamiento de -20 ℃ ~ 85 ℃.
vida de ciclo largo. las baterías de estado sólido utilizan electrolitos sólidos no inflamables en lugar de electrolitos orgánicos inflamables, lo que puede impedir que las dendritas de litio perforen el separador y provoquen cortocircuitos, lo que mejora en gran medida la seguridad y el ciclo de vida de la batería. al mismo tiempo, el electrolito sólido tiene una alta resistencia mecánica, lo que puede mantener la integridad estructural cuando la batería se expande o contrae y reduce la degradación del rendimiento de la batería causada por el estrés mecánico. la compatibilidad de la interfaz entre el electrolito sólido y el material del electrodo es mejor, lo que reduce el crecimiento de la impedancia de la interfaz y ayuda a mantener el rendimiento de carga y descarga estable a largo plazo de la batería. en condiciones ideales, el rendimiento del ciclo de la batería de estado sólido. puede alcanzar unas 45.000 veces.
la actualización de los materiales de los electrodos positivos y negativos brinda oportunidades de iteración
partiendo de la realidad técnica de que la densidad de energía de las baterías líquidas está cerca del techo, se considera que las baterías de estado sólido reemplazarán parcial o incluso completamente a las baterías líquidas en el futuro. entonces, ¿cuáles son las similitudes y diferencias entre ambos desde la perspectiva de la cadena industrial? ¿qué nuevas oportunidades de inversión traerá el proceso de sustitución?
veamos primero "lo mismo". desde la perspectiva de la estructura de la batería, las baterías de estado sólido y las baterías líquidas tienen estructuras similares, ambas constan de un electrodo positivo, un electrodo negativo y un electrolito. desde la perspectiva de la cadena industrial, la composición de las dos cadenas industriales es aproximadamente la misma, incluido el extremo de recursos ascendentes, el extremo de fabricación intermedio y el extremo de aplicaciones descendentes. desde una perspectiva de costos, los materiales de las baterías son su principal fuente de costos.
volviendo a hablar de "diferente", la principal diferencia entre ambos radica en los materiales utilizados. el informe de investigación de guolian securities señaló que el desarrollo y la aplicación de la tecnología de baterías de estado sólido se penetrarán paso a paso en la forma de "electrolito sólido → nuevo electrodo negativo → nuevo electrodo positivo", siendo el núcleo el introducción de nuevos sistemas materiales. entre ellos, el material del electrodo negativo se actualizará de grafito a un electrodo negativo a base de silicio, un electrodo negativo que contiene litio y un electrodo negativo de litio metálico; el material del electrodo positivo se actualizará de un ternario con alto contenido de níquel a un electrodo negativo de alto voltaje; ternario de níquel, ternario de níquel ultra alto y luego a níquel de espinela. los nuevos materiales del cátodo, como el manganato de litio y la base rica en litio en capas, se actualizarán de forma iterativa, el separador se actualizará de un separador tradicional a un separador recubierto de óxido y, finalmente, el separador será eliminado.
en términos de cátodos, los sistemas actuales de fosfato de hierro y litio y materiales ternarios aún se pueden usar, y en el futuro se pueden usar materiales catódicos de alto voltaje para lograr una mayor densidad de energía. en la actualidad, el desarrollo de cátodos para baterías de estado sólido se centra principalmente en cátodos ternarios con alto contenido de níquel, óxido de litio, níquel y manganeso, a base de manganeso rico en litio y otras rutas. entre ellos, los cátodos ternarios con alto contenido de níquel se han convertido en la corriente principal debido a sus ventajas como alta densidad de energía, buen rendimiento y alto grado de comercialización. materiales como el manganeso rico en litio y el manganato de níquel y litio tienen ventajas sobresalientes en cuanto a alta densidad de energía y se espera que se conviertan en nuevas direcciones en el futuro. entre las empresas que cotizan en bolsa, rongbai technology (688005.sh) y dangsheng technology (300073.sz) ya han enviado productos ternarios con alto contenido de níquel a empresas de baterías de estado sólido, y guoxuan hi-tech y beterui (835185.bj) también. un diseño.
en términos de electrodos negativos, los materiales de los electrodos negativos de las baterías de estado sólido incluyen principalmente grafito, silicio, litio metálico, etc., que son bastante diferentes de las baterías líquidas. a corto y medio plazo, se espera que los ánodos basados en silicio se conviertan en la principal solución para los materiales de ánodos de baterías de estado sólido. la capacidad específica teórica del silicio es de hasta 4200 mah/g, que es más de diez veces la capacidad en gramos de los materiales de ánodo de grafito actuales (372 mah/g). tiene las ventajas de bajo potencial, alta capacidad en gramos y alta densidad de energía. suficientes reservas de recursos y bajo costo. a largo plazo, el litio metálico se convertirá en la mejor opción para los ánodos de baterías de estado sólido. el litio metálico tiene las ventajas de una alta capacidad teórica en gramos y un bajo potencial de electrodo. sin embargo, todavía existen algunos desafíos en la industrialización del litio metálico, que incluyen principalmente cortocircuitos causados por dendritas de litio que perforan el separador, desconexión causada por cambios de volumen durante el ciclo y. inestable problemas de degradación del rendimiento causados por la película sei, etc.
en términos de ánodos a base de silicio, shanshan co., ltd. (600884.sh), xiangfenghua (300890.sz), putilai (603559.sh), beterui, zhongke electric (300035.sz), etc., tienen capacidad de producción. planes en términos de ánodos de litio metálicos, se espera que los gigantes tradicionales de los recursos de litio, como ganfeng lithium industry (002460.sz) y tianqi lithium industry (002466.sz), disfruten de dividendos de mercado generados por la iteración de ánodos y el crecimiento de la demanda a largo plazo; .
los electrolitos semisólidos aumentan la demanda de metales raros
como "variable" principal en la aplicación de la tecnología de baterías de estado sólido, los electrolitos de estado sólido se pueden dividir principalmente en electrolitos de estado sólido poliméricos y electrolitos de estado sólido inorgánicos según los diferentes tipos de materiales. el sistema representativo de los primeros es el peo. óxido de polietileno, mientras que este último incluye óxidos, sistemas de sulfuros y haluros.
entre ellos, los electrolitos de óxido tienen buena estabilidad térmica y estabilidad química contra el litio metálico y generalmente se usan en baterías semisólidas. las empresas representativas de esta ruta incluyen tdk, toyota, qingtao energy, weilan new energy y ganfeng lithium battery, funeng technology. (688567.sh), guoxuan high-tech, lishen battery, huineng technology, etc.; el sulfuro tiene una conductividad superior y se considera un material candidato sólido para baterías de estado sólido. las empresas representativas de esta ruta incluyen samsung sdi, sk. , lg new energy, solidpower, panasonic, catl (300750.sz), byd (002594.sz), guangzhou automobile group (601238.sh), penghui energy, etc.
en la ruta del electrolito de óxido, según la estructura cristalina del electrolito, se puede dividir en tipo de estructura de perovskita (como llto), tipo de estructura de granate (como llzo), tipo de conductor de iones rápidos (latp), tiofosfato (lgps), etc. creará una nueva demanda de materias primas metálicas como circonio, lantano, titanio y germanio.
las materias primas de llzo incluyen dióxido de circonio, nitrato de circonio, carbonato de circonio, etc. las reservas de recursos de circonio de mi país son pequeñas, la demanda es grande, la dependencia de las importaciones supera el 90% y el patrón de oferta y demanda ha estado en un estrecho equilibrio durante mucho tiempo. las empresas nacionales de producción de circonio incluyen principalmente dongfang zirconium industry (002167.sz), sanxiang new materials (603663.sh), kaisheng technology (600552.sh), etc., y ya han realizado acciones de apoyo a la investigación y el desarrollo de materiales para baterías de estado sólido. .
las materias primas de llzo/llto incluyen óxido de lantano, nitrato de lantano, hidróxido de lantano, etc. china es rica en recursos de tierras raras y aporta el 70% de la producción mundial. shenghe resources (600392.sh) y northern rare earth (600111.sh) tienen capacidad de producción de óxido de lantano.
las materias primas de llto/latp incluyen dióxido de titanio, pirofosfato de titanio, etc. en 2022, las reservas mundiales de recursos de titanio (calculadas como tio2) serán de aproximadamente 700 millones de toneladas, principalmente ilmenita. china representa el 29% del mundo, ocupando el primer lugar en el mundo. los principales fabricantes nacionales de dióxido de titanio incluyen cnnc titanium dióxido (002145.sz), longbai group (002601.sz), vanadium titanium co., ltd. (000629.sz), etc.
las materias primas como lagp y el electrolito sólido de sulfuro lgps incluyen dióxido de germanio, sulfuro de germanio, etc. las principales empresas nacionales incluyen yunnan germanium industry (002428.sz) y chihong zinc germanium (600497.sh).
el sulfuro de litio se convierte en la clave para la reducción de costes de los electrolitos de estado sólido
los electrolitos de sulfuro son adecuados para baterías totalmente de estado sólido. los materiales de electrolitos incluyen principalmente sulfuro de litio (li2s), sulfuro de sodio (na2s), sulfuro de potasio (k2s) y otros tipos, entre ellos, la ruta del sulfuro de litio ha recibido mayor atención. el informe de investigación de oriental securities señaló que entre los electrolitos de sulfuro con diferentes estructuras cristalinas, considerando las características de seguridad térmica, el costo, la madurez del proceso y otros factores, el electrolito de sulfuro de plata y germanio lpscl (li6ps5cl) es la mejor selección de ruta técnica para baterías de sulfuro en estado sólido. .
sin embargo, el alto precio del sulfuro de litio se ha convertido en el principal obstáculo que restringe la comercialización de electrolitos de sulfuro. tomando el lpscl como ejemplo, el sulfuro de litio es una materia prima clave para la síntesis del electrolito lpscl. el precio actual del sulfuro de litio supera los 650.000 dólares estadounidenses por tonelada (aproximadamente 4,63 millones de rmb por tonelada), lo que es mucho más alto que el umbral de comercialización.
en la actualidad, los principales métodos de producción de sulfuro de litio incluyen molienda mecánica de bolas, método de reducción a alta temperatura, método de solvente, etc. estos procesos de preparación tienen altos requisitos de temperatura, humedad y consumo de energía, y es necesario llevar a cabo el proceso de preparación. en una atmósfera inerte, lo que resulta en el alto precio del sulfuro de litio, que representa casi el 80% del costo de los electrolitos sólidos de sulfuro. además, los electrolitos sólidos de sulfuro también enfrentan problemas como un contacto deficiente de la interfaz sólido-sólido, lo que conduce a una eficiencia de transmisión de iones reducida, una reacción fácil con la humedad para producir gases tóxicos y la necesidad de un ambiente inerte para la producción y el almacenamiento. por lo tanto, mejorar el proceso de preparación de sulfuro de litio se ha convertido en un factor clave para reducir el costo de los electrolitos de sulfuro e incluso reducir el costo de las baterías de estado sólido.
las empresas que cotizan en bolsa y que han utilizado sulfuro de litio con antelación pueden ser las primeras en beneficiarse del desarrollo de baterías totalmente de estado sólido. tianqi lithium actualmente ha completado el trabajo de soporte relacionado con la industrialización del sulfuro de litio de próxima generación, ha realizado prototipos con más de diez clientes intermedios y continúa llevando a cabo mejoras en la calidad del producto y optimización de la tecnología de reducción de costos en hunan, una subsidiaria holding de enjie co; ., ltd. (002812.sz) los productos actuales de sulfuro de litio de alta pureza para estado sólido de enjie frontier new materials han completado la construcción y operación de una capacidad de producción anual de prueba a pequeña escala a nivel de toneladas y han construido un nivel de 100 toneladas. línea piloto de producción de sulfuro de litio.
además, rongbai technology solicitó una patente relacionada con el método de preparación de sulfuro de litio en diciembre de 2023. al agregar una fuente de azufre orgánico, promueve la reacción entre la fuente de carbono y el sulfato de litio, reduce la producción de impurezas li2o y mejora la pureza. de sulfuro de litio lan haihua high energy times, una subsidiaria por acciones de teng (300484.sz), ha logrado avances en la modificación de materiales y tiene la capacidad de producir en masa materias primas de sulfuro de litio a nivel de toneladas bajo la premisa de costos controlables; , y los resultados de la prueba física xrd muestran que la pureza del material es alta, dijo la compañía. los resultados de la prueba de rendimiento de conductividad iónica del electrolito de sulfuro (lipscl) pueden compararse con el nivel más alto del mundo.
(este artículo proviene de china business news)
