Lityum pil katot malzemeleri endüstrisi araştırma raporu

Lityum piller temel olarak şunlardan oluşur katot malzemelerianot malzemeleri, separatörler, elektrolitler ve batarya kabukları. Pozitif elektrot malzemesi, lityum pillerin elektrokimyasal performansı için belirleyici faktördür, bu da pilin enerji yoğunluğunu ve güvenliğini doğrudan belirler ve bu da pilin genel performansını etkiler.

Katot malzemeleri, 45% ile lityum pil malzemelerinin maliyetinin en büyük kısmını oluşturmaktadır ve maliyeti de doğrudan pilin genel maliyetini belirlemektedir. Bu nedenle katot malzemeleri lityum bataryada önemli bir rol oynamakta ve doğrudan lityum batarya endüstrisinin gelişimine öncülük etmektedir.

Elektrikli araçların maliyet bileşiminde, güç sistemi 50%'ye yakın en büyük oranı oluşturmaktadır. Güç sistemi temel olarak batarya, motor ve elektronik kontrolden oluşmakta olup, batarya maliyetin 76%'sini, motor 13%'sini ve elektronik kontrol 11%'sini oluşturmaktadır.

Batarya sisteminin maliyet bileşiminde, pozitif elektrot batarya maliyetinin yaklaşık 45%'sini, negatif elektrot batarya maliyetinin yaklaşık 10%'sini, ayırıcı batarya maliyetinin yaklaşık 10%'sini ve elektrolit batarya maliyetinin yaklaşık 10%'sini oluşturur. Oran yaklaşık 10%'dir ve diğer bileşenler yaklaşık 25%'dir.

Pozitif elektrot malzemesinin bileşimi

Lityum pil katot malzemeleri temel olarak aktif malzemeler, iletken maddeler, çözücüler, bağlayıcılar, akım toplayıcılar, katkı maddeleri, yardımcı malzemeler vb. içerir. Pozitif elektrot malzemelerinin ana hammaddeleri arasında nikel sülfat, manganez sülfat, kobalt sülfat, metalik nikel, pil sınıfı lityum karbonat, pil sınıfı lityum hidroksit ve ana yardımcı malzemeler arasında kostik soda, amonyak suyu, sülfürik asit vb. bulunur. Bu ham ve yardımcı malzemeler çoğunlukla dökme kimyasallardır. Pazar arzı nispeten yeterlidir.

Katot malzemesi sınıflandırması

Lityum piller, genellikle lityum kobalt oksit (LCO), lityum manganat (LMO), lityum demir fosfat (LFP), üçlü malzemeler nikel kobalt lityum manganat (NCM) ve nikel kobalt alüminat Lityum (NCA) vb. olarak ayrılabilen katot malzeme sistemine göre ayrılır. Bunlar arasında, lityum demir fosfat esas olarak yeni enerji aracı ve enerji depolama bataryası pazarında kullanılırken, üçlü malzemeler yeni enerji binek otomobil, elektrikli bisiklet ve elektrikli alet bataryası pazarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Farklı katot malzemelerinin farklı avantajları ve dezavantajları vardır. Lityum kobalt oksit katot malzemeleri iyi elektrokimyasal performans ve işleme performansının yanı sıra nispeten yüksek özgül kapasiteye sahiptir, ancak lityum kobalt oksit malzemeler yüksek maliyete (metal kobalt pahalıdır) ve düşük çevrim ömrüne sahiptir. Düşük güvenlik performansı.

Lityum kobaltat ile karşılaştırıldığında, lityum manganat bol kaynak, düşük maliyet, kirlilik olmaması, iyi güvenlik performansı ve iyi oran performansı avantajlarına sahiptir. Bununla birlikte, düşük özgül kapasitesi, zayıf çevrim performansı, özellikle yüksek sıcaklık çevrim performansı, uygulamasını büyük ölçüde sınırlandırmaktadır.

Lityum demir fosfat ucuzdur, çevre dostudur, yüksek güvenlik performansına, iyi yapısal kararlılığa ve çevrim performansına sahiptir, ancak enerji yoğunluğu düşüktür ve düşük sıcaklık performansı zayıftır. Nikel-kobalt-manganez üçlü malzemesi lityum kobaltat, lityum nikelat ve lityum manganatın avantajlarını bir araya getirmektedir. Lityum demir fosfat ve lityum manganat gibi katot malzemeleriyle karşılaştırıldığında, üçlü malzemeler daha yüksek enerji yoğunluğuna ve daha uzun seyir menziline sahiptir.

Katot malzemesi endüstri zinciri

Pozitif elektrot malzemesi, lityum-iyon piller için en kritik hammaddedir. Lityum piller için pozitif elektrot malzemesinin yukarı akışında lityum, kobalt, nikel ve diğer mineral hammaddeler bulunur ve bunlar iletken maddeler ve bağlayıcılarla birleştirilerek öncüller haline getirilir. Öncül, farklı alanlarda kullanılan pozitif bir elektrot malzemesi elde etmek için belirli bir işlemle sentezlenir.

Lityum pilin katot malzemeleri, lityum pilin elektrokimyasal performansı için belirleyici faktördür ve pilin enerji yoğunluğu ve güvenlik performansında öncü bir rol oynar ve katot malzemelerinin maliyeti de yüksektir. Aşağı akış lityum pil üretim alanları temel olarak güç lityum pilleri, tüketici lityum pilleri ve enerji depolama lityum pilleri olarak ikiye ayrılır ve bunlar nihayetinde yeni enerji araçlarında, cep telefonlarında, taşınabilir bilgisayarlarda ve güç depolama istasyonlarında kullanılır.

Katot malzemelerinin pazar büyüklüğü

Yukarı akış lityum, kobalt, nikel ve diğer metallerin fiyatlarındaki keskin artış nedeniyle katot malzemelerinin fiyatları da keskin bir şekilde yükselmiştir. 2021 yılında Çin'deki katot malzemelerinin üretim değeri, 2017 yılındaki üretim değerindeki artışı aşarak, bir önceki yıla göre 123,1% artışla 141,91 milyar RMB'ye ulaşacak.

Verilere göre, 2021 yılında Çin'in lityum-iyon pil katot malzemeleri sevkiyatı, bir önceki yıla göre 98,5%'lik önemli bir artışla 1,094 milyon ton olacak. Bunlar arasında lityum demir fosfat katot malzemelerinin sevkiyatı 455.000 ton ile 41,6%, üçlü katot malzemelerinin sevkiyatı ise 422.000 ton ile 38,6% olarak gerçekleşti. Lityum demir fosfat sevkiyatı üçlü katot malzemelerinin sevkiyatını geçti. Uzmanlar, 2025 yılına kadar Çin'in katot malzemeleri sevkiyatının 4,71 milyon tona ulaşacağını ve pazarın büyüme için büyük bir alana sahip olduğunu tahmin ediyor.

Katot malzemelerinin rekabet ortamı

Katot, dört ana malzeme arasında en yoğun rekabete sahiptir ve endüstri konsantrasyonu nispeten dağınıktır. 2020 yılında, katot malzemeleri CR6 38%'ye ulaşacak ve endüstri konsantrasyonu ayırıcılar, elektrolitler ve anotların sadece yarısı kadar olacaktır.

Sektörün genel rekabet modeli açısından bakıldığında, lityum demir fosfat katot malzemelerinin sevkiyatlarındaki hızlı büyüme, Hunan Yuneng ve Defang Nano'yu 2021 yılında tüm katot malzemesi sektöründe sırasıyla birinci ve ikinci sıraya yerleştirdi. Gelecekte, pil şirketleri, büyük kimya şirketleri ve yukarı akış madencilik şirketleri katot malzemeleri alanına girdikçe, tüm sektördeki rekabet daha yoğun hale gelebilir ve genel endüstri modeli hala büyük değişikliklere uğrayabilir.

Üçlü katot malzemeleri endüstrisinin rekabet ortamı dağınık ancak istikrarlıdır. Şu anda, dünyanın üçlü malzeme üretim kapasitesi ağırlıklı olarak Çin, Güney Kore ve Japonya'da bulunmaktadır. Bunlar arasında, 2021 yılında Çin'in üçlü malzeme sevkiyatları, dünyadaki üçlü malzeme sevkiyatlarının 58.77%'sini oluşturacak ve toplamın yarısından fazlasını oluşturacaktır.

Ürünler ağırlıklı olarak NCM, Japonya'nın üçlü malzemeleri ağırlıklı olarak NCA ve Güney Kore'nin hem NCM hem de NCA'sı var. 2021 yılında, Çin'deki üçlü katot malzemelerinin ilk üç pazar payı Rongbai Technology, Dangsheng Technology ve Tianjin Bamo'dur.

Katot malzemelerinin iki gelişim yönü

Lityum piller için aşağı akış performans gereksinimlerinin sürekli iyileştirilmesiyle birlikte, katot malzemeleri yeni bir teknolojik yineleme ve yükseltme turunu başlatacaktır. Lityum demir manganez fosfat ve yüksek nikel üçlüsünün temsil ettiği iki teknik yol en açık olanlarıdır. Lityum demir mangan fosfat bataryanın önümüzdeki yıl piyasaya sürülmesi bekleniyor. Ticari uygulamaların başlamasıyla birlikte, üçlü bataryalardaki yüksek nikelli üçlü oranı artmaya devam edecektir.

Lityum demir manganez fosfat yükseltme yönüdür

Lityum demir fosfat pillerin enerji yoğunluğu çok yüksektir. Lityum manganez demir fosfat (LMFP), lityum demir fosfatın geliştirilmiş bir versiyonudur. Lityum manganez demir fosfat (LiMnxFe1-xPO4), lityum demir fosfat (LiFePO4) temelinde belirli bir oranda manganez (Mn) katkısıyla oluşturulan yeni bir fosfat türüdür. Lityum-iyon pil katot malzemeleri.

Manganez elementinin katkılanmasıyla, bir yandan demir ve manganezin avantajları etkili bir şekilde birleştirilebilirken, diğer yandan manganez ve demirin katkılanması orijinal yapıyı önemli ölçüde etkilemeyecektir. Yüksek enerji yoğunluğu, lityum demir fosfata kıyasla lityum demir mangan fosfatın temel avantajıdır.

Lityum demir fosfat ve lityum demir manganez fosfatın teorik gram kapasitesi (170mAh/g) aynıdır, ancak deşarj platformu farklıdır. Lityum manganez demir fosfat içindeki manganez iyonlarının açık devre voltajı deşarj platformu 4,1V'tur ve lityum manganez demir fosfatın genel deşarj platformu 3,8V-4,1V'tur.

Lityum demir fosfatın teorik deşarj platformu 3,4V'tur ve gerçek seviye 3,2-3,3V'tur. Lityum demir fosfat ile karşılaştırıldığında, lityum demir manganez fosfat daha yüksek bir voltaj platformuna sahiptir ve enerji yoğunluğu lityum demir fosfattan yaklaşık 15% daha yüksek olabilir ve lityum demir fosfat hücrelerinin güvenlik ve düşük maliyet özelliklerini korur.

Üçlü katotta yüksek nikelleşme eğilimi

Ni element oranı 60% ve üzerinde olanlara yüksek-nikel üçlü malzemeler denir. Yüksek nikelli üçlü, uzun menzilli araçlar için ana akım teknoloji haline gelmeye devam edecektir. İlgili teknolojilerin geliştirilmesi ve araç platformu işlevlerinin entegrasyonu ile yeni enerji araçları gelecekte daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha uzun seyir menziline doğru gelişmeye devam edecektir.

Lityum-iyon pillerin gelişme eğilimi giderek daha belirgin hale geliyor. Verilere göre, 2021'de Çin'in üçlü katot malzemelerine hala 46% ile yüksek voltajlı Ni5 serisi ürünler hakimken, bunu 36% ile Ni8 serisi yüksek nikel ürünleri ve 16% ile Ni6 serisi ürünler takip ediyor.

Teknik açıdan bakıldığında, yüksek nikel üçlüsü diğer katot malzemelerine göre daha yüksek teknik engellere sahiptir. Sadece daha yüksek araştırma ve geliştirme teknolojisi gerektirmekle kalmaz, aynı zamanda daha verimli ve istikrarlı mühendislik teknolojisi yetenekleri ve daha rafine üretim yönetimi seviyesi gerektirir.

Enerji yoğunluğu açısından bakıldığında, ultra yüksek nikel katot malzemelerinin kullanılmaya başlanmasından sonra, pil hücresinin enerji yoğunluğu 300-400Wh/kg'a ulaşarak lityum demir fosfat pil hücresi ile arasındaki farkı açmış ve yeni enerji araçlarının gereksinimlerini daha iyi karşılayabilir hale gelmiştir. Akıllı geliştirme gereksinimleri.

Maliyet açısından, yüksek nikelli üçlü katot malzemeleri daha az kobalt metali kullanır, bu da hammadde maliyetini düşürür ve yeni enerji araçlarının yaygınlaşmasına yardımcı olan yüksek nikelli üçlü lityum pillerin birim maliyetinde bir düşüşe neden olur. Yüksek nikelli batarya alanında CATL, Panasonic, LG Energy, Samsung SDI, SKI gibi önde gelen oyuncular 80%'nin üzerinde nikel içeriğine sahip NCM ve NCA bataryalarını seri üretime geçirmiş ve tedarik etmiş olup ultra yüksek nikelli bataryalarda 90%'nin üzerinde nikel içeriğini hedeflemektedir.

Diğer katot malzemesi teknoloji yolları

Li-zengin manganez bazlı katot malzemeleri: Yüksek enerji yoğunluğu, düşük maliyet ve çevre dostu olma özelliklerine sahiptir. Gelecekte olası bir katot malzemesi geliştirme yönüdür. Spesifik kapasitesi 300mAh/g kadar yüksektir, bu da lityum demir fosfatın mevcut ticari uygulamasından çok daha yüksektir. Üçlü malzemeler ve üçlü malzemeler gibi katot malzemelerinin spesifik deşarj kapasitesi, güç lityum pillerinin enerji yoğunluğunun 400Wh/kg'ı aşması için teknik anahtardır.

Aynı zamanda, lityum açısından zengin manganez bazlı malzemeler esas olarak daha ucuz manganez elementine dayanır ve daha az değerli metal içeriğine sahiptir. Yaygın olarak kullanılan lityum kobalt oksit ve nikel-kobalt-manganez üçlü katot malzemeleri ile karşılaştırıldığında, maliyet sadece daha düşük değil, aynı zamanda güvenlik de daha iyidir.