Relatório especial sobre a indústria chinesa de materiais de ânodo à base de silício
Índice
Com a inovação da tecnologia das baterias eléctricas, as materiais para pilhas são gradualmente incapazes de satisfazer as necessidades de redução dos custos das baterias e de melhoria da densidade energética, e a aplicação de novos materiais, tais como ânodo à base de silício está a acelerar.
Do ponto de vista da capacidade específica, o valor teórico dos materiais de ânodo à base de silício pode atingir até 4200mAh/g, o que é mais de 10 vezes superior ao dos materiais de grafite. A crescente procura de baterias eléctricas, especialmente baterias cilíndricas 4680, abriu gradualmente o espaço de mercado para o ânodo à base de silício.
Definição de material anódico à base de silício
A matéria-prima do ânodo à base de silício é composta principalmente por material de silício e grafite. O silício é ligado ao lítio à temperatura ambiente, e a sua capacidade específica teórica é de 4200mAh/g, o que é mais de dez vezes superior à dos actuais materiais anódicos à base de grafite. Atualmente, existem muitos métodos de preparação de materiais anódicos à base de silício, incluindo principalmente o método de deposição química de vapor, o método mecânico de moagem de bolas, o método sol-gel, o método de pirólise a alta temperatura, etc.
Principal processo de produção de materiais anódicos à base de silício
Método de preparação
Vantagens
Desvantagens
Método de deposição de vapor químico
Tem uma excelente estabilidade de ciclo, elevada eficiência de carga e descarga inicial, requisitos de equipamento simples e é adequado para a produção industrial.
A capacidade específica total é relativamente baixa e o custo é elevado.
Método mecânico de moagem de bolas
Tamanho de partícula pequeno, distribuição uniforme; processo simples, baixo custo.
Alta eficiência energética, baixa eficiência, grave fenómeno de reunião.
Método Sol-gel
Bom desempenho de dispersão; elevada capacidade específica reversível, bom desempenho de ciclo.
Em comparação com outros materiais de carbono, o desempenho de estabilidade é mais fraco, e a casca de carbono irá gerar fissuras e expandir-se gradualmente durante o ciclo, resultando na quebra da estrutura do material do ânodo. E se o teor de oxigénio no gel for demasiado elevado, será gerado mais SiO2 não condutor, resultando numa baixa eficiência inicial de carga e descarga do material do ânodo.
Método de pirólise a alta temperatura
O processo é simples e fácil de industrializar, e a estrutura de vazios é grande, o que pode aliviar melhor a mudança de volume do silício durante a carga e a descarga.
O desempenho da dispersão de silício é fraco; a camada de carbono é fácil de distribuir de forma desigual; fácil de reunir.
O carbono de silício e o oxigénio de silício são as tecnologias do futuro
Existem três vias técnicas para os ânodos à base de silício: ânodos de oxigénio de silício, ânodos de carbono de silício e ânodos de ligas à base de silício. Entre eles, o ânodo de carbono de silício e o ânodo de oxigénio de silício podem ser as principais tecnologias no futuro. O ânodo de carbono silício é feito de nano-silício misturado com material de grafite e o ânodo de oxigénio silício é feito de óxido de silício e material de grafite. O material à base de silício actua como o material ativo no compósito para fornecer capacidade, e outros materiais actuam como portadores para amortecer a expansão do volume.
O material do ânodo à base de silício adopta uma estrutura de revestimento e a camada mais exterior é revestida com carbono. O revestimento de material de carbono pode melhorar a condutividade do material do ânodo e formará uma película SEI na superfície do material de carbono, que pode inibir a erosão do ânodo pelo eletrólito, melhorando assim o seu desempenho no ciclo.
Vantagens
Desvantagens
Material do ânodo SiO
Elevada capacidade inversa, até 1700-1800mAh/g, próxima da capacidade teórica.
O desempenho do ciclo e o desempenho da taxa são melhores do que outros materiais de ânodo à base de silício.
A eficiência inicial é baixa, não pode ser utilizada isoladamente e precisa de ser tratada para melhorar a primeira eficiência.
O processo de SiO é complicado e o custo de produção é muito elevado.
Material anódico compósito de carbono-silício
Alta capacidade em gramas.
A eficiência do primeiro carregamento é elevada.
O processo está maduro em comparação com outros materiais de ânodo à base de silício.
É difícil produzir em massa produtos com excelentes propriedades electroquímicas
O desempenho do ciclo e a eficiência inicial têm de ser melhorados
Elevada taxa de expansão do elétrodo
Material anódico de liga à base de silício
Elevada densidade de energia volumétrica
O processo é difícil e dispendioso.
● Baixa eficiência de carregamento pela primeira vez.
● Fraco desempenho do ciclo.
O oxigénio de silício tem um melhor desempenho em termos de ciclo e de taxa, e é o primeiro a ser utilizado no domínio das baterias eléctricas. O ânodo de carbono silício tem maior capacidade em gramas e primeira eficiência, sendo principalmente utilizado em eletrónica de consumo e ferramentas eléctricas. Atualmente, o ânodo de silício encontra-se no período de iteração do produto. Entre eles, o carbono silício é usado principalmente para melhorar o desempenho e a capacidade do ciclo, e o ânodo de oxigénio silício é usado principalmente para melhorar o primeiro efeito, e os caminhos de realização dos dois são diferentes.
Estado de desenvolvimento da indústria de materiais de ânodo à base de silício
Expedições
Nos últimos anos, os materiais de ânodo à base de silício da China estão em constante desenvolvimento, e o mercado de ânodo à base de silício está a experimentar um rápido crescimento, e espera-se que as remessas aumentem significativamente. Em 2021, a remessa de materiais de ânodo à base de silício atingirá 11.000 toneladas, um aumento anual de 83%, representando 1,5% da remessa de materiais de ânodo. Com a produção em massa de baterias Tesla 4680 e a popularização e aplicação de grandes baterias cilíndricas, continuará a crescer no futuro e espera-se que atinja 15.000 toneladas em 2022.
● Taxa de penetração
O ânodo à base de silício pode efetivamente aumentar a capacidade específica das baterias, mas as suas aplicações comerciais são limitadas devido aos efeitos negativos da expansão do volume e da fraca condutividade. Atualmente, os materiais de ânodo à base de silício estão ainda na fase inicial da aplicação comercial e a taxa de penetração em 2021 é de apenas 1,53%. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia no futuro, a taxa de penetração aumentará.
Espaço de mercado
Com o desenvolvimento contínuo das baterias de consumo e das baterias eléctricas, o espaço de mercado para os materiais de ânodo à base de silício continuará também a crescer. Os materiais para ânodos à base de silício a nível mundial são compostos principalmente por três partes:
● Com a produção em massa dos grandes cilindros Tesla 4680 em 2022, o mercado de ânodos à base de silício registará um crescimento explosivo. Estima-se que o espaço de mercado de ânodos à base de silício impulsionado pelo Tesla 4680 atingirá 18,37 mil milhões de RMB em 2025;
● Espera-se que, após 2023, os ânodos à base de silício sejam gradualmente aplicados em mercados de baterias de energia que não a Tesla, e o espaço de mercado para ânodos à base de silício para uso de energia que não a Tesla atingirá 6,77 bilhões de RMB em 2025;
● O ânodo tradicional à base de silício para consumo manterá um desenvolvimento estável e a taxa de penetração aumentará de ano para ano. Estima-se que o espaço de mercado para o ânodo à base de silício para consumo atingirá 4,61 mil milhões de RMB em 2025. Estima-se que o espaço de mercado global para materiais de ânodo à base de silício no mundo atingirá 29,75 mil milhões de RMB em 2025.
Perspetiva de desenvolvimento da indústria de materiais de ânodo à base de silício
Os novos veículos de energia impulsionam o desenvolvimento da indústria
A taxa de penetração dos veículos de energia nova aumentou e as vendas globais de veículos eléctricos expandiram-se, correspondendo ao aumento da procura por parte dos clientes a jusante. As empresas aceleraram o desenvolvimento da capacidade de produção, melhoraram a taxa de utilização da capacidade de produção global e alcançaram economias de escala.
O volume de vendas e as vendas de materiais para baterias de iões de lítio da empresa aumentaram significativamente de ano para ano. Atualmente, ânodo de bateria de iões de lítio Os materiais podem ser divididos em grafite artificial, grafite natural e alguns novos materiais, tais como carbono silício, microesferas de mesocarbono, titanato de lítio, etc.
Enquanto material anódico ideal da próxima geração, a capacidade específica dos materiais anódicos à base de silício é significativamente superior à de outros materiais anódicos, o que pode satisfazer a procura a jusante de alta densidade energética. Além disso, com a produção em massa de 4680 grandes baterias cilíndricas e o acompanhamento das principais fábricas de baterias, espera-se que o ânodo à base de silício dê em breve início a uma explosão.
A estratégia de neutralidade de carbono é positiva para o desenvolvimento da indústria
No contexto da neutralidade do carbono e dos preços elevados do petróleo, espera-se que os materiais à base de silício substituam alguns materiais à base de carbono devido ao seu bom desempenho. Promover a transformação e a atualização da "era do carbono", representada pela energia fóssil, para a "era do silício", representada por novas energias e novos materiais.
As vantagens do ânodo à base de silício são óbvias, não há perigo oculto de precipitação de lítio, a segurança é melhor do que a dos materiais do ânodo à base de grafite, as reservas são abundantes e o custo é baixo. Pode fornecer canais para a intercalação e extração de iões de lítio em todas as direcções e tem um excelente desempenho de carregamento rápido. É o material anódico de bateria de lítio de próxima geração com maior potencial.
As empresas seguem o esquema para abrir o mercado
No que diz respeito às baterias, no futuro, com a produção em massa de 4680 grandes baterias cilíndricas, as empresas chinesas serão levadas a seguir o esquema, e a prosperidade contínua das baterias de lítio a jusante abrirá o espaço de mercado para o ânodo à base de silício.
Relatório especial sobre a indústria chinesa de materiais de ânodo à base de silício
Com a inovação da tecnologia das baterias eléctricas, as materiais para pilhas são gradualmente incapazes de satisfazer as necessidades de redução dos custos das baterias e de melhoria da densidade energética, e a aplicação de novos materiais, tais como ânodo à base de silício está a acelerar.
Do ponto de vista da capacidade específica, o valor teórico dos materiais de ânodo à base de silício pode atingir até 4200mAh/g, o que é mais de 10 vezes superior ao dos materiais de grafite. A crescente procura de baterias eléctricas, especialmente baterias cilíndricas 4680, abriu gradualmente o espaço de mercado para o ânodo à base de silício.
Definição de material anódico à base de silício
A matéria-prima do ânodo à base de silício é composta principalmente por material de silício e grafite. O silício é ligado ao lítio à temperatura ambiente, e a sua capacidade específica teórica é de 4200mAh/g, o que é mais de dez vezes superior à dos actuais materiais anódicos à base de grafite. Atualmente, existem muitos métodos de preparação de materiais anódicos à base de silício, incluindo principalmente o método de deposição química de vapor, o método mecânico de moagem de bolas, o método sol-gel, o método de pirólise a alta temperatura, etc.
Principal processo de produção de materiais anódicos à base de silício
O carbono de silício e o oxigénio de silício são as tecnologias do futuro
Existem três vias técnicas para os ânodos à base de silício: ânodos de oxigénio de silício, ânodos de carbono de silício e ânodos de ligas à base de silício. Entre eles, o ânodo de carbono de silício e o ânodo de oxigénio de silício podem ser as principais tecnologias no futuro. O ânodo de carbono silício é feito de nano-silício misturado com material de grafite e o ânodo de oxigénio silício é feito de óxido de silício e material de grafite. O material à base de silício actua como o material ativo no compósito para fornecer capacidade, e outros materiais actuam como portadores para amortecer a expansão do volume.
O material do ânodo à base de silício adopta uma estrutura de revestimento e a camada mais exterior é revestida com carbono. O revestimento de material de carbono pode melhorar a condutividade do material do ânodo e formará uma película SEI na superfície do material de carbono, que pode inibir a erosão do ânodo pelo eletrólito, melhorando assim o seu desempenho no ciclo.
Elevada capacidade inversa, até 1700-1800mAh/g, próxima da capacidade teórica.
O desempenho do ciclo e o desempenho da taxa são melhores do que outros materiais de ânodo à base de silício.
A eficiência inicial é baixa, não pode ser utilizada isoladamente e precisa de ser tratada para melhorar a primeira eficiência.
O processo de SiO é complicado e o custo de produção é muito elevado.
Alta capacidade em gramas.
A eficiência do primeiro carregamento é elevada.
O processo está maduro em comparação com outros materiais de ânodo à base de silício.
É difícil produzir em massa produtos com excelentes propriedades electroquímicas
O desempenho do ciclo e a eficiência inicial têm de ser melhorados
Elevada taxa de expansão do elétrodo
O processo é difícil e dispendioso.
● Baixa eficiência de carregamento pela primeira vez.
● Fraco desempenho do ciclo.
O oxigénio de silício tem um melhor desempenho em termos de ciclo e de taxa, e é o primeiro a ser utilizado no domínio das baterias eléctricas. O ânodo de carbono silício tem maior capacidade em gramas e primeira eficiência, sendo principalmente utilizado em eletrónica de consumo e ferramentas eléctricas. Atualmente, o ânodo de silício encontra-se no período de iteração do produto. Entre eles, o carbono silício é usado principalmente para melhorar o desempenho e a capacidade do ciclo, e o ânodo de oxigénio silício é usado principalmente para melhorar o primeiro efeito, e os caminhos de realização dos dois são diferentes.
Estado de desenvolvimento da indústria de materiais de ânodo à base de silício
Expedições
Nos últimos anos, os materiais de ânodo à base de silício da China estão em constante desenvolvimento, e o mercado de ânodo à base de silício está a experimentar um rápido crescimento, e espera-se que as remessas aumentem significativamente. Em 2021, a remessa de materiais de ânodo à base de silício atingirá 11.000 toneladas, um aumento anual de 83%, representando 1,5% da remessa de materiais de ânodo. Com a produção em massa de baterias Tesla 4680 e a popularização e aplicação de grandes baterias cilíndricas, continuará a crescer no futuro e espera-se que atinja 15.000 toneladas em 2022.
● Taxa de penetração
O ânodo à base de silício pode efetivamente aumentar a capacidade específica das baterias, mas as suas aplicações comerciais são limitadas devido aos efeitos negativos da expansão do volume e da fraca condutividade. Atualmente, os materiais de ânodo à base de silício estão ainda na fase inicial da aplicação comercial e a taxa de penetração em 2021 é de apenas 1,53%. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia no futuro, a taxa de penetração aumentará.
Espaço de mercado
Com o desenvolvimento contínuo das baterias de consumo e das baterias eléctricas, o espaço de mercado para os materiais de ânodo à base de silício continuará também a crescer. Os materiais para ânodos à base de silício a nível mundial são compostos principalmente por três partes:
● Com a produção em massa dos grandes cilindros Tesla 4680 em 2022, o mercado de ânodos à base de silício registará um crescimento explosivo. Estima-se que o espaço de mercado de ânodos à base de silício impulsionado pelo Tesla 4680 atingirá 18,37 mil milhões de RMB em 2025;
● Espera-se que, após 2023, os ânodos à base de silício sejam gradualmente aplicados em mercados de baterias de energia que não a Tesla, e o espaço de mercado para ânodos à base de silício para uso de energia que não a Tesla atingirá 6,77 bilhões de RMB em 2025;
● O ânodo tradicional à base de silício para consumo manterá um desenvolvimento estável e a taxa de penetração aumentará de ano para ano. Estima-se que o espaço de mercado para o ânodo à base de silício para consumo atingirá 4,61 mil milhões de RMB em 2025. Estima-se que o espaço de mercado global para materiais de ânodo à base de silício no mundo atingirá 29,75 mil milhões de RMB em 2025.
Perspetiva de desenvolvimento da indústria de materiais de ânodo à base de silício
Os novos veículos de energia impulsionam o desenvolvimento da indústria
A taxa de penetração dos veículos de energia nova aumentou e as vendas globais de veículos eléctricos expandiram-se, correspondendo ao aumento da procura por parte dos clientes a jusante. As empresas aceleraram o desenvolvimento da capacidade de produção, melhoraram a taxa de utilização da capacidade de produção global e alcançaram economias de escala.
O volume de vendas e as vendas de materiais para baterias de iões de lítio da empresa aumentaram significativamente de ano para ano. Atualmente, ânodo de bateria de iões de lítio Os materiais podem ser divididos em grafite artificial, grafite natural e alguns novos materiais, tais como carbono silício, microesferas de mesocarbono, titanato de lítio, etc.
Enquanto material anódico ideal da próxima geração, a capacidade específica dos materiais anódicos à base de silício é significativamente superior à de outros materiais anódicos, o que pode satisfazer a procura a jusante de alta densidade energética. Além disso, com a produção em massa de 4680 grandes baterias cilíndricas e o acompanhamento das principais fábricas de baterias, espera-se que o ânodo à base de silício dê em breve início a uma explosão.
A estratégia de neutralidade de carbono é positiva para o desenvolvimento da indústria
No contexto da neutralidade do carbono e dos preços elevados do petróleo, espera-se que os materiais à base de silício substituam alguns materiais à base de carbono devido ao seu bom desempenho. Promover a transformação e a atualização da "era do carbono", representada pela energia fóssil, para a "era do silício", representada por novas energias e novos materiais.
As vantagens do ânodo à base de silício são óbvias, não há perigo oculto de precipitação de lítio, a segurança é melhor do que a dos materiais do ânodo à base de grafite, as reservas são abundantes e o custo é baixo. Pode fornecer canais para a intercalação e extração de iões de lítio em todas as direcções e tem um excelente desempenho de carregamento rápido. É o material anódico de bateria de lítio de próxima geração com maior potencial.
As empresas seguem o esquema para abrir o mercado
No que diz respeito às baterias, no futuro, com a produção em massa de 4680 grandes baterias cilíndricas, as empresas chinesas serão levadas a seguir o esquema, e a prosperidade contínua das baterias de lítio a jusante abrirá o espaço de mercado para o ânodo à base de silício.
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