...
Laporan penelitian industri bahan katoda baterai lithium

Laporan penelitian industri bahan katoda baterai lithium

Daftar Isi

Baterai lithium terutama terdiri dari bahan katodabahan anoda, pemisah, elektrolit, dan cangkang baterai. Bahan elektroda positif merupakan faktor penentu kinerja elektrokimia baterai lithium, yang secara langsung menentukan kepadatan energi dan keamanan baterai, yang pada gilirannya mempengaruhi kinerja baterai secara keseluruhan.

Bahan katoda menyumbang proporsi terbesar dari biaya bahan baterai lithium, terhitung 45%, dan biayanya juga secara langsung menentukan biaya baterai secara keseluruhan. Oleh karena itu, bahan katoda memainkan peran penting dalam baterai lithium, dan secara langsung memimpin pengembangan industri baterai lithium.

Dalam komposisi biaya kendaraan listrik, sistem tenaga menyumbang proporsi terbesar, mendekati 50%. Sistem tenaga terutama terdiri dari baterai, motor, dan kontrol elektronik, di mana baterai adalah intinya, menyumbang 76% dari biaya, motor menyumbang 13%, dan kontrol elektronik menyumbang 11%.

Dalam komposisi biaya sistem baterai, elektroda positif menyumbang sekitar 45% dari biaya baterai, elektroda negatif menyumbang sekitar 10% dari biaya baterai, pemisah menyumbang sekitar 10% dari biaya baterai, dan elektrolit menyumbang sekitar 10% dari biaya baterai. Rasionya sekitar 10%, dan bahan lainnya menyumbang sekitar 25%.

Komposisi bahan elektroda positif

Bahan katoda baterai litium terutama mencakup bahan aktif, zat konduktif, pelarut, pengikat, pengumpul arus, aditif, bahan tambahan, dll. Bahan baku utama bahan elektroda positif meliputi nikel sulfat, mangan sulfat, kobalt sulfat, nikel logam, litium karbonat kelas baterai, litium hidroksida kelas baterai, dan bahan pembantu utama meliputi soda kaustik, air amonia, asam sulfat, dll. Bahan baku dan bahan penolong ini sebagian besar adalah bahan kimia curah. Pasokan pasar relatif cukup.

Klasifikasi bahan katoda

Klasifikasi bahan katoda

Baterai litium dibagi menurut sistem bahan katoda, yang umumnya dapat dibagi menjadi litium kobalt oksida (LCO), litium manganat (LMO), litium besi fosfat (LFP), bahan terner nikel kobalt litium manganat (NCM) dan nikel kobalt aluminat litium (NCA), dll. Di antara mereka, lithium besi fosfat terutama digunakan di kendaraan energi baru dan pasar baterai penyimpanan energi, dan bahan terner banyak digunakan di mobil penumpang energi baru, sepeda listrik dan pasar baterai perkakas listrik.

Bahan katoda yang berbeda memiliki kelebihan dan kekurangan yang berbeda. Bahan katoda litium kobalt oksida memiliki kinerja elektrokimia dan kinerja pemrosesan yang baik, serta kapasitas spesifik yang relatif tinggi, tetapi bahan litium kobalt oksida memiliki biaya tinggi (kobalt logam mahal) dan siklus hidup yang rendah. kinerja keselamatan yang buruk.

Dibandingkan dengan lithium kobaltat, lithium manganat memiliki keunggulan sumber daya yang melimpah, biaya rendah, tidak ada polusi, kinerja keselamatan yang baik, dan kinerja laju yang baik. Namun, kapasitas spesifiknya yang rendah, kinerja siklus yang buruk, terutama kinerja siklus suhu tinggi, membuat aplikasinya sangat terbatas.

Lithium iron phosphate tidak mahal, ramah lingkungan, memiliki kinerja keselamatan yang tinggi, stabilitas struktural yang baik, dan kinerja siklus, tetapi kepadatan energinya rendah dan kinerja suhu rendahnya buruk. Bahan terner nikel-kobalt-mangan menggabungkan keunggulan litium kobaltat, litium nikelat, dan litium manganat. Dibandingkan dengan bahan katoda seperti litium besi fosfat dan litium manganat, bahan terner memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi dan daya jelajah yang lebih panjang.

Rantai industri bahan katoda

Bahan elektroda positif adalah bahan baku yang paling penting untuk baterai lithium-ion. Bagian hulu dari bahan elektroda positif untuk baterai lithium adalah lithium, kobalt, nikel, dan bahan baku mineral lainnya, yang dikombinasikan dengan zat konduktif dan pengikat untuk membuat prekursor. Prekursor disintesis melalui proses tertentu untuk mendapatkan bahan elektroda positif, yang digunakan di berbagai bidang.

Bahan katoda baterai lithium adalah faktor penentu untuk kinerja elektrokimia baterai lithium, dan memainkan peran utama dalam kepadatan energi dan kinerja keselamatan baterai, dan biaya bahan katoda juga tinggi. Bidang manufaktur baterai lithium hilir terutama dibagi menjadi baterai lithium daya, baterai lithium konsumen dan baterai lithium penyimpanan energi, yang pada akhirnya digunakan dalam kendaraan energi baru, ponsel, komputer portabel, dan stasiun penyimpanan daya.

Ukuran pasar bahan katoda

Ukuran pasar bahan katoda

Karena kenaikan tajam harga lithium hulu, kobalt, nikel, dan logam lainnya, harga bahan katoda juga meningkat tajam. Pada tahun 2021, nilai output bahan katoda di China akan mencapai RMB 141,91 miliar, meningkat dari tahun ke tahun sebesar 123,1%, melebihi peningkatan nilai output pada tahun 2017.

Menurut data, pada tahun 2021, pengiriman bahan katoda baterai lithium-ion China akan menjadi 1,094 juta ton, meningkat signifikan sebesar 98,5% dari tahun ke tahun. Diantaranya, pengiriman bahan katoda lithium besi fosfat adalah 455.000 ton, menyumbang 41,6%, dan pengiriman bahan katoda terner adalah 422.000 ton, menyumbang 38,6%. Pengiriman lithium besi fosfat melampaui pengiriman bahan katoda terner. Para ahli memperkirakan bahwa pada tahun 2025, pengiriman bahan katoda China akan mencapai 4,71 juta ton, dan pasar memiliki ruang yang besar untuk pertumbuhan.

Lanskap kompetitif bahan katoda

Katoda memiliki persaingan paling ketat di antara empat bahan utama, dan konsentrasi industrinya relatif tersebar. Pada tahun 2020, bahan katoda CR6 akan mencapai 38%, dan konsentrasi industri hanya setengah dari pemisah, elektrolit, dan anoda.

Dari perspektif pola persaingan industri secara keseluruhan, pertumbuhan pesat dalam pengiriman bahan katoda litium besi fosfat telah menjadikan Hunan Yuneng dan Defang Nano masing-masing menempati posisi pertama dan kedua di seluruh industri bahan katoda pada tahun 2021. Di masa depan, ketika perusahaan baterai, perusahaan kimia besar, dan perusahaan pertambangan hulu memasuki bidang bahan katoda, persaingan di seluruh industri dapat menjadi lebih ketat, dan pola industri secara keseluruhan mungkin masih mengalami perubahan besar.

Lanskap kompetitif industri bahan katoda terner tersebar tetapi stabil. Saat ini, kapasitas produksi bahan terner dunia terutama berlokasi di Cina, Korea Selatan, dan Jepang. Diantaranya, pada tahun 2021, pengiriman material terner China akan mencapai 58,77% dari pengiriman material terner dunia, menyumbang lebih dari setengah dari total.

Produknya sebagian besar adalah NCM, bahan terner Jepang sebagian besar adalah NCA, dan Korea Selatan memiliki NCM dan NCA. Pada tahun 2021, tiga pangsa pasar teratas bahan katoda terner di China adalah Rongbai Technology, Dangsheng Technology, dan Tianjin Bamo.

2 arah pengembangan bahan katoda

Dua arah pengembangan bahan katoda

Dengan peningkatan berkelanjutan dari persyaratan kinerja hilir untuk baterai litium, material katoda akan mengantarkan babak baru iterasi dan peningkatan teknologi. Dua jalur teknis yang diwakili oleh lithium besi mangan fosfat dan terner nikel tinggi adalah yang paling jelas. Baterai lithium besi mangan fosfat diperkirakan akan hadir tahun depan. Memulai aplikasi komersial, proporsi terner nikel tinggi dalam baterai terner akan terus meningkat.

Lithium besi mangan fosfat adalah arah peningkatan

Kepadatan energi baterai lithium besi fosfat sangat tinggi. Lithium manganese iron phosphate (LMFP) adalah versi yang ditingkatkan dari lithium iron phosphate. Lithium manganese iron phosphate (LiMnxFe1-xPO4) adalah jenis fosfat baru yang dibentuk dengan mendoping proporsi mangan (Mn) tertentu berdasarkan lithium iron phosphate (LiFePO4). Bahan katoda baterai lithium-ion.

Melalui doping unsur mangan, di satu sisi, keunggulan besi dan mangan dapat dikombinasikan secara efektif, dan di sisi lain, doping mangan dan besi tidak akan mempengaruhi struktur aslinya secara signifikan. Kepadatan energi yang tinggi adalah keunggulan inti dari lithium besi mangan fosfat dibandingkan dengan lithium besi fosfat.

Kapasitas gram teoritis (170mAh / g) dari lithium besi fosfat dan lithium besi mangan fosfat adalah sama, tetapi platform pelepasannya berbeda. Platform pelepasan tegangan sirkuit terbuka ion mangan dalam lithium mangan besi fosfat adalah 4,1V, dan platform pelepasan keseluruhan lithium mangan besi fosfat adalah 3,8V-4,1V.

Platform pelepasan teoritis lithium besi fosfat adalah 3,4V, dan level aktualnya adalah 3,2-3,3V. Dibandingkan dengan lithium besi fosfat, lithium besi mangan fosfat memiliki platform tegangan yang lebih tinggi, dan kepadatan energinya bisa sekitar 15% lebih tinggi daripada lithium besi fosfat, dan mempertahankan karakteristik keamanan dan biaya rendah dari sel lithium besi fosfat.

Tren nikelisasi yang tinggi pada katoda terner

Tren nikelisasi yang tinggi pada katoda terner

Material dengan rasio elemen Ni 60% ke atas disebut material terner nikel tinggi. Terner nikel tinggi akan terus berkembang menjadi teknologi utama untuk kendaraan jarak jauh. Dengan pengembangan teknologi terkait dan integrasi fungsi platform kendaraan, kendaraan energi baru akan terus berkembang menuju kepadatan energi yang lebih tinggi dan daya jelajah yang lebih jauh di masa depan.

Tren perkembangan baterai lithium-ion menjadi semakin jelas. Menurut data, pada tahun 2021, bahan katoda terner China masih didominasi oleh produk seri Ni5 tegangan tinggi, menyumbang 46%, diikuti oleh produk nikel tinggi seri Ni8, menyumbang 36%, dan produk seri Ni6 menyumbang 16%.

Dari sudut pandang teknis, terner nikel tinggi memiliki hambatan teknis yang lebih tinggi daripada bahan katoda lainnya. Hal ini tidak hanya membutuhkan teknologi penelitian dan pengembangan yang lebih tinggi, tetapi juga membutuhkan kemampuan teknologi rekayasa yang lebih efisien dan stabil serta tingkat manajemen produksi yang lebih baik.

Dari perspektif kepadatan energi, setelah diperkenalkannya bahan katoda nikel ultra-tinggi, kepadatan energi sel baterai telah mencapai 300-400Wh / kg, yang memperlebar jarak dengan sel baterai lithium besi fosfat, yang dapat memenuhi persyaratan kendaraan energi baru dengan lebih baik. Persyaratan pengembangan yang cerdas.

Dari sisi biaya, bahan katoda terner nikel tinggi menggunakan lebih sedikit logam kobalt, yang mengurangi biaya bahan baku dan menurunkan biaya unit baterai lithium terner nikel tinggi, yang kondusif untuk mempopulerkan kendaraan energi baru. Di jalur baterai nikel tinggi, pemain terkemuka seperti CATL, Panasonic, LG Energy, Samsung SDI, SKI, dll. Telah memproduksi dan memasok baterai NCM dan NCA secara massal dengan kandungan nikel lebih dari 80%, dan menargetkan kandungan nikel lebih dari 90% untuk baterai nikel ultra-tinggi.

Jalur teknologi bahan katoda lainnya

Jalur teknologi bahan katoda lainnya

Bahan katoda berbasis mangan yang kaya Li: Ini memiliki karakteristik kepadatan energi yang tinggi, biaya rendah dan ramah lingkungan. Ini adalah arah pengembangan bahan katoda yang mungkin di masa depan. Kapasitas spesifiknya setinggi 300mAh / g, yang jauh lebih tinggi daripada aplikasi komersial lithium besi fosfat saat ini. Kapasitas pelepasan spesifik bahan katoda seperti bahan terner dan bahan terner adalah kunci teknis untuk kepadatan energi baterai lithium daya melebihi 400Wh / kg.

Pada saat yang sama, bahan berbasis mangan yang kaya lithium terutama didasarkan pada elemen mangan yang lebih murah dan memiliki kandungan logam mulia yang lebih sedikit. Dibandingkan dengan bahan katoda terner litium kobalt oksida dan nikel-kobalt-mangan yang umum digunakan, biayanya tidak hanya lebih rendah, tetapi juga keamanannya lebih baik.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Mendaftar untuk mendapatkan buletin

Dapatkan berita dan informasi terbaru

Buletin BG