до Персик.
18 січня 2023 року
Матеріали батареї, Акумулятор живлення, Акумулятор автомобіля
08 хвилин

Спеціальний звіт про китайську промисловість анодних матеріалів на основі кремнію

Завдяки інноваційній технології акумуляторних батарей, традиційні матеріали для акумуляторів поступово не в змозі задовольнити потреби у зниженні вартості акумуляторів та підвищенні щільності енергії, а також у застосуванні нових матеріалів, таких як анод на основі кремнію прискорюється.

З точки зору питомої ємності, теоретичне значення анодних матеріалів на основі кремнію може досягати 4200 мАг/г, що більш ніж в 10 разів більше, ніж у графітових матеріалів. Зростаючий попит на акумуляторні батареї, особливо на циліндричні батареї 4680, поступово відкрив ринковий простір для кремнієвих анодів.

Визначення анодного матеріалу на основі кремнію

Сировина кремнієвого анода в основному складається з кремнієвого матеріалу і графіту. Кремній сплавляється з літієм при кімнатній температурі, і його теоретична питома ємність сягає 4200 мАг/г, що більш ніж у десять разів перевищує ємність сучасних анодних матеріалів на основі графіту. В даний час існує багато методів підготовки анодних матеріалів на основі кремнію, в основному включаючи метод хімічного осадження з газової фази, метод механічного кульового фрезерування, золь-гель метод, метод високотемпературного піролізу і так далі.

Основний процес виробництва анодних матеріалів на основі кремнію

Спосіб приготування	Переваги	Недоліки
Метод хімічного осадження з газової фази	Він має відмінну стабільність циклу, високу ефективність початкового заряду і розряду, прості вимоги до обладнання і підходить для промислового виробництва.	Загальна питома потужність відносно низька, а вартість висока.
Механічний метод кульового фрезерування	Невеликий розмір частинок, рівномірний розподіл; простий процес, низька вартість.	Висока енергоефективність, низька ефективність, серйозне явище возз'єднання.
Золь-гель метод	Хороші показники диспергування; висока оборотна питома продуктивність, хороша продуктивність циклу.	Порівняно з іншими вуглецевими матеріалами, показники стабільності гірші, а вуглецева оболонка буде утворювати тріщини і поступово розширюватися під час циклу, що призведе до руйнування структури анодного матеріалу. А якщо вміст кисню в гелі занадто високий, утворюється більше непровідного SiO2, що призводить до низького початкового заряду та ефективності розряду анодного матеріалу.
Метод високотемпературного піролізу	Процес простий і легко індустріалізується, а структура пустот велика, що може краще полегшити зміну об'єму кремнію під час заряджання та розряджання.	Ефективність диспергування кремнію низька; вуглецевий шар легко розподіляється нерівномірно; легко возз'єднується.

Кремнієвий вуглець і кремнієвий кисень - майбутні основні технології

Існує три технічні шляхи для анодів на основі кремнію: кремнієво-кисневі аноди, кремнієво-вуглецеві аноди та аноди зі сплавів на основі кремнію. Серед них кремнієвий вуглецевий анод і кремнієвий кисневий анод можуть стати основними технологіями в майбутньому. Кремнієвий вуглецевий анод виготовляється з нанокремнію, змішаного з графітовим матеріалом, а кремнієвий кисневий анод - з оксиду кремнію та графітового матеріалу. Матеріал на основі кремнію діє як активний матеріал у композиті для забезпечення ємності, а інші матеріали діють як носії для буферизації об'ємного розширення.

Анодний матеріал на основі кремнію має структуру покриття, а зовнішній шар покритий вуглецем. Покриття з вуглецевого матеріалу може покращити провідність анодного матеріалу і утворить на поверхні вуглецевого матеріалу плівку SEI, яка може пригнічувати ерозію анода електролітом, тим самим покращуючи продуктивність його циклу.

	Переваги	Недоліки
Анодний матеріал SiO	Висока зворотна ємність, до 1700-1800 мАг/г, близька до теоретичної. Продуктивність циклу та швидкість кращі, ніж у інших анодних матеріалів на основі кремнію.	Ефективність при першому застосуванні низька, його не можна використовувати самостійно, і він потребує лікування, щоб підвищити ефективність при першому застосуванні. Процес виробництва SiO є складним, а собівартість виробництва дуже висока.
Кремній-вуглецевий композитний анодний матеріал	Висока грамова ємність. Ефективність першої зарядки висока. Процес є зрілим порівняно з іншими анодними матеріалами на основі кремнію.	Складно серійно виробляти продукти з відмінними електрохімічними властивостями Продуктивність циклу та початкова ефективність потребують покращення Висока швидкість розширення електрода
Анодний матеріал сплаву на основі кремнію	Висока об'ємна щільність енергії	Процес складний і дорогий. Низька ефективність зарядки вперше. Погана продуктивність циклу.

Кремній-кисневий має кращі показники циклу і швидкості, і є першим, який почали використовувати в галузі акумуляторних батарей. Кремнієво-вуглецевий анод має більшу грамовану ємність і першу ефективність, і в основному використовується в побутовій електроніці та електроінструментах. В даний час кремнієвий анод знаходиться в періоді ітерації продукту. Серед них кремнієвий вуглець в основному використовується для поліпшення продуктивності та ємності циклу, а кремнієвий кисневий анод в основному використовується для поліпшення першого ефекту, і шляхи реалізації цих двох відрізняються.

Стан розвитку галузі виробництва анодних матеріалів на основі кремнію

● Відправлення

В останні роки китайські анодні матеріали на основі кремнію постійно розвиваються, а ринок анодів на основі кремнію переживає стрімке зростання, і очікується, що поставки значно збільшаться. У 2021 році відвантаження анодних матеріалів на основі кремнію досягне 11 000 тонн, що на 83% більше, ніж у попередньому році, що становить 1,5% відвантаження анодних матеріалів. З масовим виробництвом акумуляторів Tesla 4680 і популяризацією та застосуванням великих циліндричних акумуляторів він буде продовжувати зростати в майбутньому і, як очікується, досягне 15 000 тонн у 2022 році.

Рівень проникнення

Аноди на основі кремнію можуть ефективно збільшити питому ємність акумуляторів, але їх комерційне застосування обмежене через негативні ефекти об'ємного розширення і погану провідність. В даний час анодні матеріали на основі кремнію все ще знаходяться на ранній стадії комерційного застосування, а рівень проникнення в 2021 році становить лише 1,53%. З постійним розвитком технологій у майбутньому рівень проникнення буде зростати.

Ринковий простір

З постійним розвитком споживчих батарей та акумуляторів, ринковий простір для анодних матеріалів на основі кремнію також буде продовжувати зростати. Світовий ринок анодних матеріалів на основі кремнію в основному складається з трьох частин:

● З масовим виробництвом великих циліндрів Tesla 4680 у 2022 році ринок кремнієвих анодів на основі кремнію отримає вибуховий ріст. За оцінками, обсяг ринку кремнієвих анодів на основі Tesla 4680 досягне 18,37 млрд юанів у 2025 році;

● Очікується, що після 2023 року кремнієві аноди будуть поступово застосовуватися на інших ринках акумуляторних батарей, окрім Tesla, а ринковий простір для кремнієвих анодів для енергетичного використання, окрім Tesla, досягне 6,77 млрд юанів у 2025 році;

● Традиційний споживчий кремнієвий анод буде підтримувати стабільний розвиток, а рівень проникнення буде збільшуватися з кожним роком. За оцінками, ринковий простір для споживчих кремнієвих анодів досягне 4,61 мільярда юанів у 2025 році. За оцінками, загальний обсяг ринку анодних матеріалів на основі кремнію у світі досягне 29,75 млрд юанів у 2025 році.

Перспективи розвитку промисловості анодних матеріалів на основі кремнію

● Нові енергетичні транспортні засоби стимулюють розвиток галузі

Рівень проникнення нових енергетичних транспортних засобів збільшився, а світові продажі електромобілів розширилися, що відповідає зростанню попиту з боку клієнтів, які працюють у сфері переробки та збуту. Компанії прискорили розгортання виробничих потужностей, покращили коефіцієнт використання комплексних виробничих потужностей та досягли економії за рахунок ефекту масштабу.

Обсяг продажів і продаж матеріалів для літій-іонних акумуляторів компанії значно збільшився в порівнянні з минулим роком. В даний час, анод літій-іонного акумулятора матеріали можна розділити на штучний графіт, природний графіт і деякі нові матеріали, такі як кремній-вуглець, мезо-вуглецеві мікросфери, титанат літію тощо.

Як ідеальний анодний матеріал наступного покоління, питома ємність кремнієвих анодних матеріалів значно більша, ніж у інших анодних матеріалів, що може задовольнити подальший попит на високу щільність енергії. Крім того, з масовим виробництвом 4680 великих циліндричних акумуляторів і подальшим розвитком основних акумуляторних заводів, очікується, що кремнієві аноди незабаром стануть причиною вибуху.

Стратегія вуглецевої нейтральності корисна для розвитку галузі

У контексті вуглецевої нейтральності та високих цін на нафту очікується, що матеріали на основі кремнію замінять деякі матеріали на основі вуглецю завдяки своїм високим експлуатаційним характеристикам. Сприяти трансформації та модернізації від "ери вуглецю", представленої викопною енергією, до "ери кремнію", представленої новою енергією та новими матеріалами.

Переваги анода на основі кремнію очевидні, немає прихованої небезпеки осадження літію, безпека краща, ніж у анодних матеріалів на основі графіту, а запаси великі, а вартість низька. Він може забезпечити канали для інтеркаляції та вилучення іонів літію з усіх напрямків і має чудові показники швидкої зарядки. Це найбільш потенційний анодний матеріал наступного покоління для літієвих батарей.

● Компанії дотримуються схеми, щоб відкрити ринок

Що стосується акумуляторів, то в майбутньому, з масовим виробництвом 4680 великих циліндричних батарей, китайські компанії будуть змушені слідувати цій схемі, а подальше процвітання подальшого виробництва літієвих батарей відкриє ринковий простір для анодів на основі кремнію.