Rapport spécial sur l'industrie chinoise des matériaux d'anode à base de silicium
Table des matières
Avec l'innovation de la technologie des batteries d'énergie, les matériaux pour batteries sont progressivement incapables de répondre aux besoins de réduction du coût des batteries et d'amélioration de la densité énergétique, et l'application de nouveaux matériaux tels que les anode à base de silicium s'accélère.
Du point de vue de la capacité spécifique, la valeur théorique des matériaux d'anode à base de silicium peut atteindre 4 200 mAh/g, soit plus de 10 fois celle des matériaux à base de graphite. La demande croissante de piles électriques, en particulier de piles cylindriques 4680, a progressivement ouvert l'espace de marché pour les anodes à base de silicium.
Définition du matériau d'anode à base de silicium
La matière première de l'anode à base de silicium est principalement composée de silicium et de graphite. Le silicium est allié au lithium à température ambiante, et sa capacité spécifique théorique peut atteindre 4 200 mAh/g, soit plus de dix fois celle des matériaux anodiques actuels à base de graphite. Il existe actuellement de nombreuses méthodes de préparation des matériaux d'anode à base de silicium, notamment la méthode de dépôt chimique en phase vapeur, la méthode de broyage mécanique à billes, la méthode sol-gel, la méthode de pyrolyse à haute température, etc.
Principaux procédés de production des matériaux d'anode à base de silicium
Méthode de préparation
Avantages
Inconvénients
Méthode de dépôt chimique en phase vapeur
Il présente une excellente stabilité de cycle, une efficacité de charge et de décharge initiale élevée, des exigences simples en matière d'équipement et convient à la production industrielle.
La capacité spécifique totale est relativement faible et le coût est élevé.
Méthode de broyage mécanique à billes
Petite taille des particules, distribution uniforme ; processus simple, faible coût.
Rendement énergétique élevé, faible rendement, grave phénomène de réunion.
Méthode sol-gel
Bonne performance de dispersion ; capacité spécifique réversible élevée, bonne performance de cycle.
Par rapport à d'autres matériaux à base de carbone, la stabilité est moins bonne, et l'enveloppe de carbone génère des fissures et se dilate progressivement au cours du cycle, ce qui entraîne une rupture de la structure du matériau d'anode. Et si la teneur en oxygène du gel est trop élevée, davantage de SiO2 non conducteur sera généré, ce qui entraînera une faible efficacité de charge initiale et de décharge du matériau d'anode.
Méthode de pyrolyse à haute température
Le processus est simple et facile à industrialiser, et la structure des vides est importante, ce qui permet de mieux atténuer le changement de volume du silicium pendant la charge et la décharge.
Les performances de dispersion du silicium sont médiocres ; la couche de carbone est facilement répartie de manière inégale ; il est facile de la réunir.
Le silicium-carbone et le silicium-oxygène sont des technologies d'avenir.
Il existe trois voies techniques pour les anodes à base de silicium : les anodes à oxygène de silicium, les anodes à base de carbone de silicium et les anodes à base d'alliage de silicium. Parmi elles, l'anode en carbone de silicium et l'anode en oxygène de silicium pourraient être les technologies les plus courantes à l'avenir. L'anode au carbone de silicium est composée de nano-silicium mélangé à du graphite, et l'anode à oxygène de silicium est composée d'oxyde de silicium et de graphite. Le matériau à base de silicium agit en tant que matériau actif dans le composite pour fournir une capacité, et les autres matériaux agissent en tant que porteurs pour amortir l'expansion du volume.
Le matériau d'anode à base de silicium adopte une structure de revêtement, et la couche extérieure est recouverte de carbone. Le revêtement de carbone peut améliorer la conductivité du matériau d'anode et former un film SEI à la surface du matériau de carbone, ce qui peut inhiber l'érosion de l'anode par l'électrolyte, améliorant ainsi ses performances de cycle.
Avantages
Inconvénients
Matériau d'anode SiO
● Capacité inverse élevée, jusqu'à 1700-1800mAh/g, proche de la capacité théorique.
● Les performances en termes de cycle et de taux sont meilleures que celles des autres matériaux d'anode à base de silicium.
● Le rendement de la première fois est faible, il ne peut pas être utilisé seul, et il doit être traité pour améliorer le rendement de la première fois.
● Le procédé SiO est compliqué et le coût de production est très élevé.
Matériau anodique composite à base de carbone et de silicium
● Capacité élevée en grammes.
● L'efficacité de la première charge est élevée.
● Le procédé est mature par rapport à d'autres matériaux anodiques à base de silicium.
● Il est difficile de produire en masse des produits présentant d'excellentes propriétés électrochimiques.
● La performance du cycle et l'efficacité initiale doivent être améliorées.
● Taux d'expansion élevé de l'électrode
Matériau d'anode en alliage à base de silicium
Densité énergétique volumétrique élevée
● Le processus est difficile et coûteux.
● Faible efficacité de la charge pour la première fois.
● Mauvaise performance du cycle.
L'oxygène de silicium a une meilleure performance en termes de cycle et de taux, et est le premier à être utilisé dans le domaine des batteries d'énergie. L'anode de carbone au silicium a une capacité en grammes plus élevée et un premier rendement, et est principalement utilisée dans l'électronique grand public et les outils électriques. À l'heure actuelle, l'anode en silicium est en phase d'itération. Le carbone de silicium est principalement utilisé pour améliorer la performance du cycle et la capacité, et l'anode d'oxygène de silicium est principalement utilisée pour améliorer le premier effet, et les voies de réalisation de ces deux types d'anodes sont différentes.
État de développement de l'industrie des matériaux d'anode à base de silicium
● Expéditions
Ces dernières années, les matériaux d'anode à base de silicium se développent constamment en Chine, le marché des anodes à base de silicium connaît une croissance rapide et les expéditions devraient augmenter de manière significative. En 2021, les livraisons de matériaux d'anode à base de silicium atteindront 11 000 tonnes, soit une augmentation annuelle de 83%, représentant 1,5% des livraisons de matériaux d'anode. Avec la production de masse des batteries Tesla 4680 et la popularisation et l'application des grandes batteries cylindriques, elle continuera à croître à l'avenir et devrait atteindre 15 000 tonnes en 2022.
● Taux de pénétration
Les anodes à base de silicium peuvent augmenter efficacement la capacité spécifique des batteries, mais leurs applications commerciales sont limitées en raison des effets négatifs de l'expansion du volume et de la mauvaise conductivité. À l'heure actuelle, les matériaux d'anode à base de silicium n'en sont qu'au début de leur application commerciale, et le taux de pénétration en 2021 n'est que de 1,53%. Avec le développement continu de la technologie, le taux de pénétration augmentera à l'avenir.
● Espace de marché
Avec le développement continu des piles grand public et des piles électriques, le marché des matériaux d'anode à base de silicium va également continuer à se développer. Le marché mondial des matériaux d'anode à base de silicium se compose principalement de trois parties :
● Avec la production en masse des grands cylindres de la Tesla 4680 en 2022, le marché des anodes à base de silicium connaîtra une croissance explosive. On estime que le marché des anodes à base de silicium, tiré par la Tesla 4680, atteindra 18,37 milliards de RMB en 2025 ;
● On s'attend à ce qu'après 2023, les anodes à base de silicium soient progressivement appliquées aux marchés des batteries électriques autres que Tesla, et que le marché des anodes à base de silicium pour les utilisations électriques autres que Tesla atteigne 6,77 milliards de RMB en 2025 ;
● L'anode traditionnelle à base de silicium destinée à la consommation continuera à se développer régulièrement et le taux de pénétration augmentera d'année en année. On estime que le marché des anodes de consommation à base de silicium atteindra 4,61 milliards de RMB en 2025. On estime que le marché global des matériaux d'anode à base de silicium dans le monde atteindra 29,75 milliards de RMB en 2025.
Perspectives de développement de l'industrie des matériaux d'anode à base de silicium
● Les nouveaux véhicules énergétiques stimulent le développement de l'industrie
Le taux de pénétration des véhicules à énergie nouvelle a augmenté et les ventes mondiales de véhicules électriques se sont développées, ce qui correspond à l'augmentation de la demande des clients en aval. Les entreprises ont accéléré le déploiement de leur capacité de production, amélioré le taux d'utilisation de leur capacité de production globale et réalisé des économies d'échelle.
Le volume des ventes et les ventes de matériaux pour batteries lithium-ion de l'entreprise ont augmenté de manière significative d'une année sur l'autre. À l'heure actuelle, anode de batterie lithium-ion Les matériaux peuvent être divisés en graphite artificiel, graphite naturel et certains nouveaux matériaux, tels que le carbone siliconé, les microsphères de mésocarbone, le titanate de lithium, etc.
En tant que matériau anodique idéal de la prochaine génération, la capacité spécifique des matériaux anodiques à base de silicium est nettement supérieure à celle des autres matériaux anodiques, ce qui permet de répondre à la demande en aval d'une densité énergétique élevée. En outre, avec la production de masse des grandes batteries cylindriques 4680 et le suivi des usines de batteries traditionnelles, on s'attend à ce que l'anode à base de silicium connaisse bientôt une explosion.
● La stratégie de neutralité carbone est favorable au développement de l'industrie
Dans le contexte de la neutralité carbone et des prix élevés du pétrole, les matériaux à base de silicium devraient remplacer certains matériaux à base de carbone en raison de leurs bonnes performances. Promouvoir la transformation et la mise à niveau de l'"ère du carbone", représentée par l'énergie fossile, à l'"ère du silicium", représentée par les nouvelles énergies et les nouveaux matériaux.
Les avantages de l'anode à base de silicium sont évidents : il n'y a pas de danger caché de précipitation du lithium, la sécurité est meilleure que celle des matériaux d'anode à base de graphite, les réserves sont abondantes et le coût est faible. Elle peut fournir des canaux pour l'intercalation et l'extraction des ions lithium dans toutes les directions et présente d'excellentes performances en matière de charge rapide. Il s'agit du matériau d'anode de batterie au lithium de prochaine génération le plus prometteur.
● Les entreprises suivent la mise en place de l'ouverture du marché
En ce qui concerne les batteries, à l'avenir, avec la production de masse des grandes batteries cylindriques 4680, les entreprises chinoises seront amenées à suivre le modèle, et la prospérité continue de l'aval des batteries au lithium ouvrira l'espace du marché pour l'anode à base de silicium.
Rapport spécial sur l'industrie chinoise des matériaux d'anode à base de silicium
Avec l'innovation de la technologie des batteries d'énergie, les matériaux pour batteries sont progressivement incapables de répondre aux besoins de réduction du coût des batteries et d'amélioration de la densité énergétique, et l'application de nouveaux matériaux tels que les anode à base de silicium s'accélère.
Du point de vue de la capacité spécifique, la valeur théorique des matériaux d'anode à base de silicium peut atteindre 4 200 mAh/g, soit plus de 10 fois celle des matériaux à base de graphite. La demande croissante de piles électriques, en particulier de piles cylindriques 4680, a progressivement ouvert l'espace de marché pour les anodes à base de silicium.
Définition du matériau d'anode à base de silicium
La matière première de l'anode à base de silicium est principalement composée de silicium et de graphite. Le silicium est allié au lithium à température ambiante, et sa capacité spécifique théorique peut atteindre 4 200 mAh/g, soit plus de dix fois celle des matériaux anodiques actuels à base de graphite. Il existe actuellement de nombreuses méthodes de préparation des matériaux d'anode à base de silicium, notamment la méthode de dépôt chimique en phase vapeur, la méthode de broyage mécanique à billes, la méthode sol-gel, la méthode de pyrolyse à haute température, etc.
Principaux procédés de production des matériaux d'anode à base de silicium
Le silicium-carbone et le silicium-oxygène sont des technologies d'avenir.
Il existe trois voies techniques pour les anodes à base de silicium : les anodes à oxygène de silicium, les anodes à base de carbone de silicium et les anodes à base d'alliage de silicium. Parmi elles, l'anode en carbone de silicium et l'anode en oxygène de silicium pourraient être les technologies les plus courantes à l'avenir. L'anode au carbone de silicium est composée de nano-silicium mélangé à du graphite, et l'anode à oxygène de silicium est composée d'oxyde de silicium et de graphite. Le matériau à base de silicium agit en tant que matériau actif dans le composite pour fournir une capacité, et les autres matériaux agissent en tant que porteurs pour amortir l'expansion du volume.
Le matériau d'anode à base de silicium adopte une structure de revêtement, et la couche extérieure est recouverte de carbone. Le revêtement de carbone peut améliorer la conductivité du matériau d'anode et former un film SEI à la surface du matériau de carbone, ce qui peut inhiber l'érosion de l'anode par l'électrolyte, améliorant ainsi ses performances de cycle.
● Capacité inverse élevée, jusqu'à 1700-1800mAh/g, proche de la capacité théorique.
● Les performances en termes de cycle et de taux sont meilleures que celles des autres matériaux d'anode à base de silicium.
● Le rendement de la première fois est faible, il ne peut pas être utilisé seul, et il doit être traité pour améliorer le rendement de la première fois.
● Le procédé SiO est compliqué et le coût de production est très élevé.
● Capacité élevée en grammes.
● L'efficacité de la première charge est élevée.
● Le procédé est mature par rapport à d'autres matériaux anodiques à base de silicium.
● Il est difficile de produire en masse des produits présentant d'excellentes propriétés électrochimiques.
● La performance du cycle et l'efficacité initiale doivent être améliorées.
● Taux d'expansion élevé de l'électrode
● Le processus est difficile et coûteux.
● Faible efficacité de la charge pour la première fois.
● Mauvaise performance du cycle.
L'oxygène de silicium a une meilleure performance en termes de cycle et de taux, et est le premier à être utilisé dans le domaine des batteries d'énergie. L'anode de carbone au silicium a une capacité en grammes plus élevée et un premier rendement, et est principalement utilisée dans l'électronique grand public et les outils électriques. À l'heure actuelle, l'anode en silicium est en phase d'itération. Le carbone de silicium est principalement utilisé pour améliorer la performance du cycle et la capacité, et l'anode d'oxygène de silicium est principalement utilisée pour améliorer le premier effet, et les voies de réalisation de ces deux types d'anodes sont différentes.
État de développement de l'industrie des matériaux d'anode à base de silicium
● Expéditions
Ces dernières années, les matériaux d'anode à base de silicium se développent constamment en Chine, le marché des anodes à base de silicium connaît une croissance rapide et les expéditions devraient augmenter de manière significative. En 2021, les livraisons de matériaux d'anode à base de silicium atteindront 11 000 tonnes, soit une augmentation annuelle de 83%, représentant 1,5% des livraisons de matériaux d'anode. Avec la production de masse des batteries Tesla 4680 et la popularisation et l'application des grandes batteries cylindriques, elle continuera à croître à l'avenir et devrait atteindre 15 000 tonnes en 2022.
● Taux de pénétration
Les anodes à base de silicium peuvent augmenter efficacement la capacité spécifique des batteries, mais leurs applications commerciales sont limitées en raison des effets négatifs de l'expansion du volume et de la mauvaise conductivité. À l'heure actuelle, les matériaux d'anode à base de silicium n'en sont qu'au début de leur application commerciale, et le taux de pénétration en 2021 n'est que de 1,53%. Avec le développement continu de la technologie, le taux de pénétration augmentera à l'avenir.
● Espace de marché
Avec le développement continu des piles grand public et des piles électriques, le marché des matériaux d'anode à base de silicium va également continuer à se développer. Le marché mondial des matériaux d'anode à base de silicium se compose principalement de trois parties :
● Avec la production en masse des grands cylindres de la Tesla 4680 en 2022, le marché des anodes à base de silicium connaîtra une croissance explosive. On estime que le marché des anodes à base de silicium, tiré par la Tesla 4680, atteindra 18,37 milliards de RMB en 2025 ;
● On s'attend à ce qu'après 2023, les anodes à base de silicium soient progressivement appliquées aux marchés des batteries électriques autres que Tesla, et que le marché des anodes à base de silicium pour les utilisations électriques autres que Tesla atteigne 6,77 milliards de RMB en 2025 ;
● L'anode traditionnelle à base de silicium destinée à la consommation continuera à se développer régulièrement et le taux de pénétration augmentera d'année en année. On estime que le marché des anodes de consommation à base de silicium atteindra 4,61 milliards de RMB en 2025. On estime que le marché global des matériaux d'anode à base de silicium dans le monde atteindra 29,75 milliards de RMB en 2025.
Perspectives de développement de l'industrie des matériaux d'anode à base de silicium
● Les nouveaux véhicules énergétiques stimulent le développement de l'industrie
Le taux de pénétration des véhicules à énergie nouvelle a augmenté et les ventes mondiales de véhicules électriques se sont développées, ce qui correspond à l'augmentation de la demande des clients en aval. Les entreprises ont accéléré le déploiement de leur capacité de production, amélioré le taux d'utilisation de leur capacité de production globale et réalisé des économies d'échelle.
Le volume des ventes et les ventes de matériaux pour batteries lithium-ion de l'entreprise ont augmenté de manière significative d'une année sur l'autre. À l'heure actuelle, anode de batterie lithium-ion Les matériaux peuvent être divisés en graphite artificiel, graphite naturel et certains nouveaux matériaux, tels que le carbone siliconé, les microsphères de mésocarbone, le titanate de lithium, etc.
En tant que matériau anodique idéal de la prochaine génération, la capacité spécifique des matériaux anodiques à base de silicium est nettement supérieure à celle des autres matériaux anodiques, ce qui permet de répondre à la demande en aval d'une densité énergétique élevée. En outre, avec la production de masse des grandes batteries cylindriques 4680 et le suivi des usines de batteries traditionnelles, on s'attend à ce que l'anode à base de silicium connaisse bientôt une explosion.
● La stratégie de neutralité carbone est favorable au développement de l'industrie
Dans le contexte de la neutralité carbone et des prix élevés du pétrole, les matériaux à base de silicium devraient remplacer certains matériaux à base de carbone en raison de leurs bonnes performances. Promouvoir la transformation et la mise à niveau de l'"ère du carbone", représentée par l'énergie fossile, à l'"ère du silicium", représentée par les nouvelles énergies et les nouveaux matériaux.
Les avantages de l'anode à base de silicium sont évidents : il n'y a pas de danger caché de précipitation du lithium, la sécurité est meilleure que celle des matériaux d'anode à base de graphite, les réserves sont abondantes et le coût est faible. Elle peut fournir des canaux pour l'intercalation et l'extraction des ions lithium dans toutes les directions et présente d'excellentes performances en matière de charge rapide. Il s'agit du matériau d'anode de batterie au lithium de prochaine génération le plus prometteur.
● Les entreprises suivent la mise en place de l'ouverture du marché
En ce qui concerne les batteries, à l'avenir, avec la production de masse des grandes batteries cylindriques 4680, les entreprises chinoises seront amenées à suivre le modèle, et la prospérité continue de l'aval des batteries au lithium ouvrira l'espace du marché pour l'anode à base de silicium.
Postes connexes