Informe especial sobre la industria china de materiales anódicos a base de silicio
Índice
Con la innovación de la tecnología de las baterías de materiales para baterías son gradualmente incapaces de satisfacer las necesidades de reducción de costes de las baterías y de mejora de la densidad energética, y la aplicación de nuevos materiales como el ánodo de silicio se está acelerando.
Desde la perspectiva de la capacidad específica, el valor teórico de los materiales de ánodo basados en silicio puede alcanzar hasta 4200mAh/g, que es más de 10 veces el de los materiales de grafito. La creciente demanda de baterías eléctricas, especialmente las cilíndricas 4680, ha abierto gradualmente el espacio de mercado para los ánodos de silicio.
Definición de material anódico a base de silicio
La materia prima del ánodo basado en silicio está compuesta principalmente por material de silicio y grafito. El silicio se alea con el litio a temperatura ambiente, y su capacidad específica teórica alcanza los 4200mAh/g, más de diez veces superior a la de los actuales materiales anódicos basados en grafito. En la actualidad, existen muchos métodos de preparación de materiales de ánodo basados en silicio, entre los que se incluyen principalmente el método de deposición química de vapor, el método de molienda mecánica de bolas, el método sol-gel, el método de pirólisis a alta temperatura, etc.
Proceso principal de producción de materiales anódicos a base de silicio
Método de preparación
Ventajas
Desventajas
Método de deposición química de vapor
Tiene una excelente estabilidad de ciclo, alta eficiencia de carga y descarga inicial, requisitos de equipamiento sencillos y es adecuada para la producción industrial.
La capacidad específica total es relativamente baja y el coste es elevado.
Método mecánico de molienda por bolas
Pequeña granulometría, distribución uniforme; proceso sencillo, bajo coste.
Alta eficiencia energética, baja eficiencia, grave fenómeno de reunión.
Método sol-gel
Buen rendimiento de dispersión; alta capacidad específica reversible, buen rendimiento de ciclo.
En comparación con otros materiales de carbono, el rendimiento de estabilidad es inferior, y la capa de carbono generará grietas y se expandirá gradualmente durante el ciclo, lo que provocará la ruptura de la estructura del material del ánodo. Y si el contenido de oxígeno en el gel es demasiado alto, se generará más SiO2 no conductor, lo que dará lugar a una baja eficiencia inicial de carga y descarga del material del ánodo.
Método de pirólisis a alta temperatura
El proceso es sencillo y fácil de industrializar, y la estructura de huecos es grande, lo que puede paliar mejor el cambio de volumen del silicio durante la carga y la descarga.
El rendimiento de dispersión de la silicona es deficiente; la capa de carbono es fácil de distribuir de forma desigual; fácil de reunir.
El silicio-carbono y el silicio-oxígeno son tecnologías de futuro
Existen tres vías técnicas para los ánodos de silicio: ánodos de silicio-oxígeno, ánodos de silicio-carbono y ánodos de aleación de silicio. Entre ellos, el ánodo de silicio-carbono y el ánodo de silicio-oxígeno pueden ser las tecnologías dominantes en el futuro. El ánodo de silicio-carbono está hecho de nano-silicio mezclado con grafito, y el ánodo de silicio-oxígeno está hecho de óxido de silicio y grafito. El material a base de silicio actúa como material activo en el compuesto para proporcionar capacidad, y otros materiales actúan como portadores para amortiguar la expansión de volumen.
El material del ánodo a base de silicio adopta una estructura de recubrimiento, y la capa más externa está recubierta de carbono. El revestimiento de material de carbono puede mejorar la conductividad del material del ánodo, y formará una película SEI en la superficie del material de carbono, que puede inhibir la erosión del ánodo por el electrolito, mejorando así su rendimiento del ciclo.
Ventajas
Desventajas
Material de ánodo SiO
● Alta capacidad inversa, hasta 1700-1800mAh/g, cerca de la capacidad teórica.
● El rendimiento del ciclo y el rendimiento de la tasa son mejores que otros materiales de ánodo basados en silicio.
● La eficiencia de primera vez es baja, no se puede utilizar sola y es necesario tratarla para mejorar la eficiencia de primera vez.
● El proceso de SiO es complicado y el coste de producción es muy elevado.
Material de ánodo compuesto de carbono y silicio
● Gran capacidad de gramos.
● La eficiencia de la primera carga es alta.
● El proceso está maduro en comparación con otros materiales de ánodo basados en silicio.
● Es difícil fabricar en serie productos con excelentes propiedades electroquímicas.
● Es necesario mejorar el rendimiento del ciclo y la eficiencia inicial
● Alto índice de expansión del electrodo
Material de ánodo de aleación a base de silicio
Alta densidad volumétrica de energía
● El proceso es difícil y costoso.
● Baja eficiencia de carga por primera vez.
● Rendimiento deficiente del ciclo.
El oxígeno de silicio tiene mejor rendimiento de ciclo y tasa, y es el primero que se utiliza en el campo de las baterías eléctricas. El ánodo de silicio-carbono tiene mayor capacidad en gramos y primera eficiencia, y se utiliza principalmente en electrónica de consumo y herramientas eléctricas. En la actualidad, el ánodo de silicio se encuentra en el periodo de iteración del producto. Entre ellos, el carbono de silicio se utiliza principalmente para mejorar el rendimiento del ciclo y la capacidad, y el ánodo de oxígeno de silicio se utiliza principalmente para mejorar el primer efecto, y las vías de realización de ambos son diferentes.
Estado de desarrollo de la industria de materiales anódicos a base de silicio
● Envíos
En los últimos años, los materiales de ánodo a base de silicio de China están en constante desarrollo, y el mercado de ánodos a base de silicio está experimentando un rápido crecimiento, y se espera que los envíos aumenten significativamente. En 2021, el envío de materiales de ánodo a base de silicio alcanzará las 11.000 toneladas, un aumento interanual de 83%, lo que representa 1,5% del envío de materiales de ánodo. Con la producción en masa de las baterías Tesla 4680 y la popularización y aplicación de grandes baterías cilíndricas, seguirá creciendo en el futuro y se espera que alcance las 15.000 toneladas en 2022.
● Índice de penetración
Los ánodos basados en silicio pueden aumentar eficazmente la capacidad específica de las baterías, pero sus aplicaciones comerciales están restringidas debido a los efectos negativos de la expansión de volumen y la escasa conductividad. En la actualidad, los materiales de ánodo basados en silicio se encuentran todavía en la fase inicial de su aplicación comercial, y el índice de penetración en 2021 es sólo de 1,53%. Con el desarrollo continuo de la tecnología en el futuro, el índice de penetración aumentará.
● Espacio de mercado
Con el continuo desarrollo de las pilas de consumo y las baterías eléctricas, el espacio de mercado para los materiales anódicos a base de silicio también seguirá creciendo. El mercado mundial de materiales anódicos de silicio se compone principalmente de tres partes:
● Con la producción en masa de los grandes cilindros Tesla 4680 en 2022, el mercado de ánodos de silicio experimentará un crecimiento explosivo. Se estima que el mercado de ánodos de silicio impulsado por Tesla 4680 alcanzará los 18.370 millones de RMB en 2025;
● Se espera que después de 2023, los ánodos basados en silicio se apliquen gradualmente en los mercados de baterías de energía distintos de Tesla, y el espacio de mercado para los ánodos basados en silicio para uso energético distintos de Tesla alcanzará los 6.770 millones de RMB en 2025;
● El ánodo tradicional basado en silicio para consumo mantendrá un desarrollo constante, y la tasa de penetración aumentará año tras año. Se estima que el espacio de mercado de los ánodos de silicio para consumo alcanzará los 4.610 millones de RMB en 2025. Se estima que el espacio de mercado global para los materiales de ánodo a base de silicio en el mundo alcanzará los 29.750 millones de RMB en 2025.
Perspectivas de desarrollo de la industria de materiales anódicos a base de silicio
● Los vehículos de nueva energía impulsan el desarrollo de la industria
La tasa de penetración de los vehículos de nueva energía ha aumentado, y las ventas mundiales de vehículos eléctricos se han expandido, correspondiendo al aumento de la demanda de los clientes intermedios. Las empresas han acelerado el despliegue de la capacidad de producción, han mejorado la tasa de utilización de la capacidad de producción global y han logrado economías de escala.
El volumen de ventas y las ventas de materiales para baterías de iones de litio de la empresa han aumentado considerablemente año tras año. En la actualidad, ánodo de batería de iones de litio Los materiales pueden dividirse en grafito artificial, grafito natural y algunos materiales nuevos, como el carbono silicio, las microesferas de mesocarbono, el titanato de litio, etc.
Como material anódico ideal de próxima generación, la capacidad específica de los materiales anódicos basados en silicio es significativamente mayor que la de otros materiales anódicos, lo que puede satisfacer la demanda posterior de alta densidad energética. Además, con la producción en masa de 4680 grandes baterías cilíndricas y el seguimiento de las principales fábricas de baterías, se espera que el ánodo a base de silicio pronto marque el comienzo de una explosión.
● La estrategia de neutralidad de carbono es buena para el desarrollo de la industria
En el contexto de la neutralidad del carbono y los altos precios del petróleo, se espera que los materiales basados en el silicio sustituyan a algunos materiales basados en el carbono debido a su buen rendimiento. Promover la transformación y actualización de la "era basada en el carbono" representada por la energía fósil a la "era basada en el silicio" representada por la nueva energía y los nuevos materiales.
Las ventajas del ánodo basado en silicio son evidentes, no hay peligro oculto de precipitación de litio, la seguridad es mejor que la de los materiales de ánodo basados en grafito, y las reservas son abundantes y el coste bajo. Puede proporcionar canales para la intercalación y extracción de iones de litio desde todas las direcciones, y tiene un excelente rendimiento de carga rápida. Es el material para ánodos de baterías de litio de próxima generación con mayor potencial.
● Las empresas siguen el trazado para abrir el mercado
En cuanto a las baterías, en el futuro, con la producción en masa de 4680 grandes baterías cilíndricas, las empresas chinas se verán impulsadas a seguir el trazado, y la prosperidad continuada de las fases posteriores de las baterías de litio abrirá el espacio de mercado para los ánodos basados en silicio.
Informe especial sobre la industria china de materiales anódicos a base de silicio
Con la innovación de la tecnología de las baterías de materiales para baterías son gradualmente incapaces de satisfacer las necesidades de reducción de costes de las baterías y de mejora de la densidad energética, y la aplicación de nuevos materiales como el ánodo de silicio se está acelerando.
Desde la perspectiva de la capacidad específica, el valor teórico de los materiales de ánodo basados en silicio puede alcanzar hasta 4200mAh/g, que es más de 10 veces el de los materiales de grafito. La creciente demanda de baterías eléctricas, especialmente las cilíndricas 4680, ha abierto gradualmente el espacio de mercado para los ánodos de silicio.
Definición de material anódico a base de silicio
La materia prima del ánodo basado en silicio está compuesta principalmente por material de silicio y grafito. El silicio se alea con el litio a temperatura ambiente, y su capacidad específica teórica alcanza los 4200mAh/g, más de diez veces superior a la de los actuales materiales anódicos basados en grafito. En la actualidad, existen muchos métodos de preparación de materiales de ánodo basados en silicio, entre los que se incluyen principalmente el método de deposición química de vapor, el método de molienda mecánica de bolas, el método sol-gel, el método de pirólisis a alta temperatura, etc.
Proceso principal de producción de materiales anódicos a base de silicio
El silicio-carbono y el silicio-oxígeno son tecnologías de futuro
Existen tres vías técnicas para los ánodos de silicio: ánodos de silicio-oxígeno, ánodos de silicio-carbono y ánodos de aleación de silicio. Entre ellos, el ánodo de silicio-carbono y el ánodo de silicio-oxígeno pueden ser las tecnologías dominantes en el futuro. El ánodo de silicio-carbono está hecho de nano-silicio mezclado con grafito, y el ánodo de silicio-oxígeno está hecho de óxido de silicio y grafito. El material a base de silicio actúa como material activo en el compuesto para proporcionar capacidad, y otros materiales actúan como portadores para amortiguar la expansión de volumen.
El material del ánodo a base de silicio adopta una estructura de recubrimiento, y la capa más externa está recubierta de carbono. El revestimiento de material de carbono puede mejorar la conductividad del material del ánodo, y formará una película SEI en la superficie del material de carbono, que puede inhibir la erosión del ánodo por el electrolito, mejorando así su rendimiento del ciclo.
● Alta capacidad inversa, hasta 1700-1800mAh/g, cerca de la capacidad teórica.
● El rendimiento del ciclo y el rendimiento de la tasa son mejores que otros materiales de ánodo basados en silicio.
● La eficiencia de primera vez es baja, no se puede utilizar sola y es necesario tratarla para mejorar la eficiencia de primera vez.
● El proceso de SiO es complicado y el coste de producción es muy elevado.
● Gran capacidad de gramos.
● La eficiencia de la primera carga es alta.
● El proceso está maduro en comparación con otros materiales de ánodo basados en silicio.
● Es difícil fabricar en serie productos con excelentes propiedades electroquímicas.
● Es necesario mejorar el rendimiento del ciclo y la eficiencia inicial
● Alto índice de expansión del electrodo
● El proceso es difícil y costoso.
● Baja eficiencia de carga por primera vez.
● Rendimiento deficiente del ciclo.
El oxígeno de silicio tiene mejor rendimiento de ciclo y tasa, y es el primero que se utiliza en el campo de las baterías eléctricas. El ánodo de silicio-carbono tiene mayor capacidad en gramos y primera eficiencia, y se utiliza principalmente en electrónica de consumo y herramientas eléctricas. En la actualidad, el ánodo de silicio se encuentra en el periodo de iteración del producto. Entre ellos, el carbono de silicio se utiliza principalmente para mejorar el rendimiento del ciclo y la capacidad, y el ánodo de oxígeno de silicio se utiliza principalmente para mejorar el primer efecto, y las vías de realización de ambos son diferentes.
Estado de desarrollo de la industria de materiales anódicos a base de silicio
● Envíos
En los últimos años, los materiales de ánodo a base de silicio de China están en constante desarrollo, y el mercado de ánodos a base de silicio está experimentando un rápido crecimiento, y se espera que los envíos aumenten significativamente. En 2021, el envío de materiales de ánodo a base de silicio alcanzará las 11.000 toneladas, un aumento interanual de 83%, lo que representa 1,5% del envío de materiales de ánodo. Con la producción en masa de las baterías Tesla 4680 y la popularización y aplicación de grandes baterías cilíndricas, seguirá creciendo en el futuro y se espera que alcance las 15.000 toneladas en 2022.
● Índice de penetración
Los ánodos basados en silicio pueden aumentar eficazmente la capacidad específica de las baterías, pero sus aplicaciones comerciales están restringidas debido a los efectos negativos de la expansión de volumen y la escasa conductividad. En la actualidad, los materiales de ánodo basados en silicio se encuentran todavía en la fase inicial de su aplicación comercial, y el índice de penetración en 2021 es sólo de 1,53%. Con el desarrollo continuo de la tecnología en el futuro, el índice de penetración aumentará.
● Espacio de mercado
Con el continuo desarrollo de las pilas de consumo y las baterías eléctricas, el espacio de mercado para los materiales anódicos a base de silicio también seguirá creciendo. El mercado mundial de materiales anódicos de silicio se compone principalmente de tres partes:
● Con la producción en masa de los grandes cilindros Tesla 4680 en 2022, el mercado de ánodos de silicio experimentará un crecimiento explosivo. Se estima que el mercado de ánodos de silicio impulsado por Tesla 4680 alcanzará los 18.370 millones de RMB en 2025;
● Se espera que después de 2023, los ánodos basados en silicio se apliquen gradualmente en los mercados de baterías de energía distintos de Tesla, y el espacio de mercado para los ánodos basados en silicio para uso energético distintos de Tesla alcanzará los 6.770 millones de RMB en 2025;
● El ánodo tradicional basado en silicio para consumo mantendrá un desarrollo constante, y la tasa de penetración aumentará año tras año. Se estima que el espacio de mercado de los ánodos de silicio para consumo alcanzará los 4.610 millones de RMB en 2025. Se estima que el espacio de mercado global para los materiales de ánodo a base de silicio en el mundo alcanzará los 29.750 millones de RMB en 2025.
Perspectivas de desarrollo de la industria de materiales anódicos a base de silicio
● Los vehículos de nueva energía impulsan el desarrollo de la industria
La tasa de penetración de los vehículos de nueva energía ha aumentado, y las ventas mundiales de vehículos eléctricos se han expandido, correspondiendo al aumento de la demanda de los clientes intermedios. Las empresas han acelerado el despliegue de la capacidad de producción, han mejorado la tasa de utilización de la capacidad de producción global y han logrado economías de escala.
El volumen de ventas y las ventas de materiales para baterías de iones de litio de la empresa han aumentado considerablemente año tras año. En la actualidad, ánodo de batería de iones de litio Los materiales pueden dividirse en grafito artificial, grafito natural y algunos materiales nuevos, como el carbono silicio, las microesferas de mesocarbono, el titanato de litio, etc.
Como material anódico ideal de próxima generación, la capacidad específica de los materiales anódicos basados en silicio es significativamente mayor que la de otros materiales anódicos, lo que puede satisfacer la demanda posterior de alta densidad energética. Además, con la producción en masa de 4680 grandes baterías cilíndricas y el seguimiento de las principales fábricas de baterías, se espera que el ánodo a base de silicio pronto marque el comienzo de una explosión.
● La estrategia de neutralidad de carbono es buena para el desarrollo de la industria
En el contexto de la neutralidad del carbono y los altos precios del petróleo, se espera que los materiales basados en el silicio sustituyan a algunos materiales basados en el carbono debido a su buen rendimiento. Promover la transformación y actualización de la "era basada en el carbono" representada por la energía fósil a la "era basada en el silicio" representada por la nueva energía y los nuevos materiales.
Las ventajas del ánodo basado en silicio son evidentes, no hay peligro oculto de precipitación de litio, la seguridad es mejor que la de los materiales de ánodo basados en grafito, y las reservas son abundantes y el coste bajo. Puede proporcionar canales para la intercalación y extracción de iones de litio desde todas las direcciones, y tiene un excelente rendimiento de carga rápida. Es el material para ánodos de baterías de litio de próxima generación con mayor potencial.
● Las empresas siguen el trazado para abrir el mercado
En cuanto a las baterías, en el futuro, con la producción en masa de 4680 grandes baterías cilíndricas, las empresas chinas se verán impulsadas a seguir el trazado, y la prosperidad continuada de las fases posteriores de las baterías de litio abrirá el espacio de mercado para los ánodos basados en silicio.
Puestos relacionados