Batería China de litio
- Materias primas
Sobre este artículo
Está escrito por un experto en baterías que lleva más de 10 años en el área. Presenta de forma exhaustiva la situación general de la industria china de baterías de litio desde una perspectiva sencilla.
Parte de la información, especialmente la fuente de datos, es confidencial. Si necesita fuentes de datos, póngase en contacto con nosotros.
Cadena industrial de las baterías de litio
Breve introducción de la batería de litio
En la cadena industrial,
# La cadena ascendente de las baterías de litio: materias primas representadas por el litio, el grafito y los minerales de metales raros.
# La cadena intermedia es el eslabón de las baterías, dividido en materias primas para baterías y fabricantes de éstas.
# La cadena descendente tiene tres grandes escenarios de aplicación: los nuevos vehículos energéticos, el consumo diario y el almacenamiento de energía.
Antes de comprender esta industria, debemos saber para qué sirve. ¿Cuál es el funcionamiento fundamental de una batería de litio?
Aquí tenemos esta imagen. A partir de esta imagen, podemos ver claramente que las baterías de litio se cargan y descargan principalmente a través del movimiento direccional de los iones de litio entre los electrodos positivo y negativo.
Esta imagen no sólo muestra el funcionamiento fundamental de la batería de litio, sino que también contiene sus cuatro materias primas principales, es decir, el electrodo positivo, el electrodo negativo, el electrolito y el separador.
Concretamente sobre la proporción de estas cuatro materias primas en el costo total, podemos ver la siguiente figura.
Esta imagen muestra la estructura de costos de toda la industria. Desde el punto de vista de las baterías eléctricas, actualmente existen dos vías técnicas:
- Batería de fosfato de hierro ylitio
- Batería de litio externa
Por lo tanto, cuando se trata de una determinada ruta de subdivisión, la composición de costos relevante puede ser diferente de esta imagen.
Industria de las baterías de litio
Tras una breve introducción a las baterías de litio, la siguiente parte entra oficialmente en la industria.
Las instituciones extranjeras han calculado el tamaño del mercado de la industria mundial del litio.
En 2020, el tamaño del mercado de la industria mundial del litio rondará las 335.000 toneladas. Y la tecnología de las baterías será cada vez más grande en el futuro.
Según sus cálculos, en 2028, la demanda de la industria mundial del litio alcanzará los 2,013 millones de toneladas, con una tasa de crecimiento anual compuesto del 35%. Puede decirse que la batería de potencia es capaz de soportar una tasa de crecimiento muy elevada.
En 2020, la demanda de baterías eléctricas representará el 34% de la demanda global de la industria del litio. Y en 2025, esta proporción será del 69%. La demanda de la industria crece a gran velocidad, unida al aumento del peso. El espacio futuro de la industria de las baterías puede calificarse de enorme.
Dado que la prosperidad de la industria es tan elevada, los gastos de capital no serán, naturalmente, bajos.
En la primera mitad de 2021, fabricantes de baterías como CATL, BYD y EVE Energy han anunciado sucesivamente más de 30 planes de inversión, con una capacidad de producción de baterías prevista de más de 78.200 millones de vatios-hora.
La considerable expansión de los fabricantes de baterías significa que se necesitan más materias primas en la cadena ascendente. Por ello, en este punto nos centraremos en los principales elementos de las baterías de litio.
Material de la batería de litio
Veamos la relación entre la batería de litio y sus materiales.
Como ya se ha mencionado, existen cuatro materias primas principales para las baterías de litio. Por lo tanto, cada uno de estos cuatro materiales tiene sus propias características y es necesario analizarlos por separado. Veamos primero la conclusión:
Material de la batería de litio
→
Electrodo positivo – vinculado a la tecnología posterior
Electrodo negativo – el cuello de botella técnico
Electrolito – El ciclo es el rey
Diafragma – Difícil de expandir
En primer lugar, el primer material es el electrodo positivo.
Es el núcleo de las baterías de litio. ¿Cómo podemos saberlo? Los derechos de denominación pueden explicarlo todo. Las conocidas baterías ternarias y las de fosfato de hierro y litio son en realidad materiales de electrodos positivos.
Hablando de estas dos tecnologías, en la actualidad, estas dos tecnologías son muy adecuadas para las baterías de potencia. Las baterías de potencia son el mayor escenario de aplicación de las baterías de litio, por lo que los envíos de estos dos materiales de cátodo están muy adelantados.
Dado que el material del cátodo implica la ruta técnica de la batería, además de centrarnos en el rendimiento de ésta, también tenemos que fijarnos en los escenarios de aplicación posteriores.
Por ejemplo, el almacenamiento de energía que ha surgido en los últimos años es más adecuado para el fosfato de hierro y litio. Porque no tiene demasiados requisitos en cuanto a parámetros como el volumen y la densidad energética. Esto también hace que el fosfato de hierro y litio, que ha estado cada vez más en peligro de extinción, vuelva a subir.
En la tabla siguiente, comparamos brevemente las diferencias de rendimiento de los cuatro materiales de cátodo para su referencia. Compartiremos más detalles con usted en la segunda parte sobre cátodos.
Materiales | Óxido de litio y cobalto | Óxido de litio y manganeso | Fosfato de hierro y litio | Material ternario |
Abreviatura | LCO | LMO | LFP | NCM |
Densidad energética | Medio | Bajo | Medio | Alta |
Cíclico/tiempo | 500-1000 | 500-2000 | 2000-6000 | 800-2000 |
Seguridad | Deficiente | Promedio | Bien | Promedio |
Temperatura de funcionamiento | -20~55℃ | ＞50℃ Rápido declive | -20~ 75℃ | -20~55℃ |
Costo | Muy alto | Bajo | Bajo | Alta |
Después de hablar del polo positivo, veamos el electrodo negativo. La función principal del material del electrodo negativo es almacenar y liberar energía.
La clasificación de los electrodos negativos suele basarse en los materiales activos utilizados, por lo que los materiales de los electrodos negativos pueden dividirse en dos categorías:
# materiales de carbono
# materiales sin carbono.
Para una división más subdividida, puede consultar la siguiente tabla.
Material para ánodos de baterías de litio
↗
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(1) Materiales de carbono
(2) Materiales sin carbono
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↘
↗
→
↘
① Material de grafito: grafito natural, grafito artificial, microesferas de mesocarbono
② Otros materiales a base de carbono: carbono duro, carbono blando, grafeno
① Material a base de titanio: titanato de litio
② Materiales a base de silicio: materiales de ánodo de silicio-carbono
③ Otros materiales distintos del carbono: materiales a base de estaño, nitruros, litio metálico
El producto final del material del electrodo negativo es muy sencillo, es decir, grafito artificial.
Aunque el grafito artificial tiene mayor seguridad y menor costo que otros materiales, su densidad energética también es relativamente general. El límite superior teórico es de 372 mAh por gramo. Sin embargo, en la actualidad, las principales empresas del sector han alcanzado los 365 mAh por gramo, acercándose infinitamente al límite máximo.
Por lo tanto, la industria necesita urgentemente abrirse paso tecnológicamente y ganar un nuevo margen de crecimiento.
Además de los continuos avances tecnológicos, el mayor problema de la industria de los ánodos en 2021 es la falta de capacidad de grafitización. Compartiremos aspectos concretos con usted en la tercera parte.
Después de hablar de los polos positivo y negativo, veamos el electrolito.
La función más importante del electrolito es actuar como portador para la migración de iones, lo que puede garantizar la transmisión de iones de litio entre los electrodos positivo y negativo.
Por lo tanto, el electrolito se compone generalmente de disolventes orgánicos de gran pureza, sales de litio electrolíticas y aditivos, que se preparan en una determinada proporción.
Si se divide según el costo, la proporción de sal de litio es de aproximadamente 40%~50%, la proporción disolvente es de aproximadamente 30%, y la proporción de aditivo es de 10%~30%.
Así que, aprendiendo sobre el electrolito, tenemos que verlo como tres vías subdivididas. La industria presta más atención a 6F, que es un tipo de electrolito.
En 2021, con el auge de la industria, el precio también aumentará rápidamente. Se espera que la próxima generación para reemplazar 6F es difluorina también se pondrá en producción a principios del próximo año.
Aunque el costo es relativamente alto en la actualidad, debido al elevado precio del GF, la sustitución de la nueva sal de litio puede ser más rápida de lo esperado.
Después de conocer los tres primeros materiales, veremos por fin el diafragma. La función principal del separador es separar los electrodos positivo y negativo para evitar cortocircuitos.
El proceso de fabricación del diafragma se divide en método seco y método húmedo.
En resumen, el método seco tiene un costo bajo y un proceso sencillo, pero su rendimiento no es tan bueno como el del método caliente.
Desde la perspectiva de la estructura de la industria, el separador puede ser el más seguro entre los cuatro materiales principales. Porque la expansión de la producción de diafragmas depende más de los fabricantes de equipos. Mientras que la capacidad de producción en los próximos años ha sido bloqueada por las empresas líderes, la concentración de la industria seguirá aumentando.
También podemos saberlo observando los datos de los dos últimos años. Precisamente porque la capacidad de producción está bloqueada por las empresas líderes, se espera que la concentración de diafragmas siga aumentando en los próximos dos años.
Por último, hagamos un resumen de esta parte. Debido a la continua expansión de los escenarios de aplicación de la cadena descendente, la industria de las baterías de litio también ha entrado en una década dorada, y su prosperidad no ha dejado de mejorar. Con el auge, el gasto de capital de la industria también ha aumentado significativamente, lo que ha provocado que las materias primas de la cadena ascendente sigan el ritmo de expansión de la producción de baterías.
Entre los cuatro materiales, el electrodo positivo es el más importante y se utiliza a menudo en la denominación de las baterías. Mientras que el electrodo negativo está cerca del techo debido a la ruta del grafito artificial, y puede haber cambios en la ruta técnica en el futuro.
El electrolito aumenta rápidamente en 2021, lo que también conduce a la aplicación de nuevas sales de litio.
El diafragma es la parte más segura de la estructura de la industria. Porque se ha reservado la mayor parte de la capacidad de expansión, y también es previsible el aumento continuo de la concentración.
Por último, recordemos que el espacio de la industria es realmente grande, pero la expansión a gran escala de la producción de la industria también está en marcha. Una vez concluida la expansión, la oferta supera a la demanda. Será fácil evolucionar hacia una lógica de precios periódicos al por mayor. El precio de las acciones de la empresa también tendrá un cierto impacto.
Materiales catódicos para las baterías de litio
Acerca de los materiales catódicos
En esta parte, analizaremos la primera materia prima de la batería de litio, que es el material del cátodo positivo.
Para empezar, presentaremos brevemente el material catódico.
En la primera parte, mencionamos que el electrodo positivo es el núcleo de las baterías de litio, que afecta directamente a la densidad de energía, el voltaje, la vida útil y la seguridad de las baterías de litio, y también es el segmento más caro. Por ello, muchas baterías de litio suelen llevar el nombre de materiales del electrodo positivo.
Desde el punto de vista de la corriente, existen cuatro tipos de materiales de electrodos positivos, a saber:
# Óxido de litio y cobalto (LCO)
# Óxido de litio y manganeso (LMO)
# Fosfato de litio y hierro (LFP)
# Material ternario (NCM).
Según los datos de la encuesta, en los cinco primeros meses de 2021, la producción del cuarto material catódico más importante de China alcanzó las 353.200 toneladas, con un aumento interanual del 143,7%. Y el crecimiento más rápido fue el del fosfato de hierro y litio y los materiales ternarios, con un aumento interanual del 261,7% y el 122,3%, respectivamente. Entre los cuatro principales materiales catódicos, sólo el fosfato de hierro y litio y los materiales ternarios se utilizan ampliamente en baterías de potencia. Por tanto, su espacio es naturalmente mayor que el de los otros dos, por lo que también es el objeto de nuestra investigación en esta lección.
Veamos primero el fosfato de hierro y el litio. La ventaja del fosfato de hierro y litio reside en su gran seguridad. Además, las materias primas son fáciles de obtener y no hay riesgo de que se atasquen.
En cuanto a la seguridad, el material del cátodo se descompondrá gradualmente y liberará oxígeno a alta temperatura, provocando la combustión del electrolito.
Los materiales ternarios experimentarán la reacción anterior a unos 150°C~250°C. Mientras que la temperatura de descomposición del fosfato de hierro y litio alcanza los 600°C, que es casi cuatro veces superior a la de los materiales ternarios. Su ventaja de seguridad es bastante obvia.
Gran facilidad de obtención de materias primas para electrodos positivos
Sobre el hecho de que las materias primas son más fáciles de obtener:
De hecho, todo el mundo puede saberlo por el nombre.
# Fosfato de hierro y litio que se compone principalmente de cuatro fuentes: fuente de fósforo, fuente de hierro, fuente de litio y fuente de carbono. Estos cuatro materiales son relativamente comunes, por lo que el precio es relativamente barato.
# El material ternario (NCM) se compone de tres materiales: níquel, cobalto y manganeso. El precio del cobalto es muy caro, lo que eleva el precio de las baterías ternarias. Pero el cobalto también tiene su propia función, que es estabilizar la estructura química de la batería.
Por lo tanto, en el caso de los materiales ternarios, la clave está en cómo reducir al máximo la proporción de cobalto y lograr una reducción de costos con una estructura estable.
Como la proporción de cobalto se reduce, debe haber un aumento de la proporción de un material, que es el níquel. Por lo tanto, esta batería también se denomina batería ternaria de alto contenido en níquel.
Se reduce el cobalto utilizado para la estabilización y se utiliza níquel para aumentar la densidad energética. Este proceso hace que la dificultad de procesamiento aumenta geométricamente.
Para distinguir las baterías ternarias de alto contenido en níquel de las ordinarias, la industria las divide en cuatro tipos: 111, 523, 622 y 811 según la proporción de níquel, cobalto y manganeso.
Es evidente que la serie 8 tiene el mayor contenido de níquel.
En mayo de 2021, los materiales ternarios de la serie 5 siguen siendo la corriente principal, pero su proporción se ha reducido al 47,5%.
Por el contrario, la cuota de mercado de los materiales ternarios de la serie 8 ha aumentado considerablemente, alcanzando el 36%.
Del rápido aumento de la cuota de mercado de los materiales de la serie 8 también se desprende que la esencia de la fabricación de gama alta es reducir costos y aumentar la eficiencia. Y en este sentido, el ternario tiene mayor margen de mejora que el fosfato de hierro y el litio.
El avance de la tecnología también aumentará las barreras del sector y evitará una competencia feroz.
Electrodo positivo
↗
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(1) Qué es el electrodo positivo
(2) Empresa privada o empresa pública
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→
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↗
↘
① Cuatro materiales
② Fosfato de litio y hierro: seguro y barato
③ Ternario – alta densidad energética
① EASPRING
② RONBAY
Dos empresas representativas del sector de los cátodos en China
Tras presentar brevemente varios materiales catódicos, analicemos las dos empresas representativas en el sector de los cátodos, es decir, EASPRING, con antecedentes de empresa central china, y RONBAY, con antecedentes de empresa privada china.
Empecemos por EASPRING, que tiene los antecedentes de una empresa central. El predecesor de EASPRING es el grupo de investigación del Instituto de Investigación de Minería y Metalurgia de Pekín.
Los antecedentes de la academia determinan el liderazgo tecnológico de EASPRING.
Y como se introdujo antes en el mercado de ultramar, entró en el mercado coreano en 2005 y en el japonés en 2009, lo que hizo que su proporción de clientes de ultramar fuera relativamente alta. Además, los clientes extranjeros siempre han seguido una política de precios altos y alta calidad, por lo que los márgenes de beneficio de EASPRING siempre han sido aceptables.
Después de hablar de EASPRING, echemos un vistazo a RONBAY. El equipo principal de RONBAY procede de EASPRING, lo que da lugar a una profunda base técnica para la empresa. Además, al tratarse de una empresa privada, la compañía es más radical en términos de expansión y tecnología.
En primer lugar, hablemos de la tecnología. Como primera empresa del mundo en desarrollar una línea de producción totalmente automática de más de 8 series, RONBAY ocupa una posición de liderazgo absoluto en el campo del alto níquel.
Así lo demuestra la cuota de mercado de RONBAY en el mercado ternario de la serie 8. En los 10 primeros meses de 2020, alcanzó el 46%. No solo es radical en tecnología, sino que se centra en abrirse paso en los difíciles materiales de la serie 8 con alto contenido en níquel. El plan de expansión de RONBAY es aún más exagerado.
A finales de 2020, RONBAY solo tenía 40.000 toneladas de capacidad de producción ternaria de alto contenido en níquel. Pero a finales de 2021, esta cifra se había convertido en 150.000 toneladas. En cambio, el plan de expansión de EASPRING, especialmente en el campo del alto níquel, parece más conservador.
Cuanto más agresiva es la ruta, mayor es el beneficio que puede obtenerse naturalmente cuando la industria está en auge. Sin embargo, cuando la demanda se satura cada vez más, unido a la proliferación de la tecnología, frente a la enorme capacidad de producción, los productos pueden convertirse fácilmente en “materias primas”.
Por lo tanto, para los materiales catódicos, o incluso para todas las materias primas de las baterías de litio, puede ser una mejor perspectiva centrarse en el medio plazo más que en el largo plazo.
Por último, hagamos un resumen de esta parte. El fosfato de litio y hierro ha recibido mucha atención últimamente por su elevado factor de seguridad y el fácil acceso a las materias primas.
El material ternario tiene una alta densidad de capacidad y necesita optimizar continuamente la estructura de alto contenido en níquel. Por tanto, las barreras técnicas son más fuertes, y la rentabilidad por tonelada también es mayor que la del fosfato de hierro y litio.
También es debido a los materiales ternarios que todavía hay margen para la optimización, hay más margen para la reducción de costos. Y eso está más en consonancia con la naturaleza de la fabricación de gama alta, que es más probable que se convierta en la corriente principal en el futuro.
En cuanto a las dos empresas representativas del sector, EASPRING cuenta con una tecnología sólida debido a los antecedentes de empresas centrales, y está respaldada por clientes extranjeros. El precio unitario de los clientes es relativamente alto, pero al mismo tiempo son relativamente conservadores. La agresividad de RONBAY no sólo ocupa la primera posición en níquel alto, sino que también lidera a sus pares en la expansión de la producción.
Por supuesto, hay muchas más que estas dos empresas de materiales catódicos. Sólo elegimos algunas representativas para hacer una analogía sencilla.
Conclusión
● Fosfato de litio y hierro: seguro y barato
● Ternario: alta densidad energética, fuertes barreras técnicas y gran rentabilidad
● Tendencia futura: batería ternaria de alto contenido en níquel
● EASPRING: Fondo de estilo occidental, conservador
● RONBAY: Antecedentes de la empresa privada, radical
Materiales para ánodos de baterías de litio
Proceso de producción de materiales para electrodos negativos
Antes de hablar de la capacidad de producción de grafitización, echemos un vistazo al proceso de fabricación de materiales de electrodos negativos.
Viendo el proceso, la producción de un material de electrodo negativo cualificado se divide principalmente en las siguientes etapas, es decir: pretratamiento de la materia prima, mezcla, granulación, grafitización, tamizado, etc. Entre ellas, la granulación y la grafitización tienen altas barreras técnicas y son el núcleo de la competitividad de los fabricantes de electrodos negativos.
No sólo la barrera técnica es alta, sino también el costo del proceso de grafitización. Si se divide el costo del electrodo negativo, se observa que el proceso de grafitización representa el 50% del costo total. Es incluso superior al costo de las materias primas, y es la partida de costos más importante.
Por lo tanto, para una empresa de materiales anódicos, el trazado de grafitización no es sólo una manifestación de tecnología, sino también una garantía de futuro.
Porque en el futuro, si las empresas quieren ampliar la producción de electrodos negativos a gran escala, deberán superar el cuello de botella de la grafitización, para lograr optimizar los costos.
Estado actual de la capacidad de grafitización
Tomemos como ejemplo la situación de la industria de electrodos negativos en 2021. A primera vista, parece que la industria está desabastecida y carece de capacidad de producción de materiales para electrodos negativos. En realidad, lo que más le falta a la industria es capacidad de producción de grafitización.
Por supuesto, los principales fabricantes de electrodos negativos también se han dado cuenta de ello. Por lo tanto, en los últimos años, han desplegado la grafitización uno tras otro, y la proporción de grafitización externa está disminuyendo gradualmente. Por lo tanto, cuando nos enteramos de la expansión de un fabricante de electrodos negativos, no sólo debemos prestar atención a la capacidad de producción final, sino también a la expansión de la grafitización.
Aunque la grafitización es escasa, en la actualidad no es fácil ampliar la producción. Esto se debe a que la grafitización es un proyecto que consume mucha energía y ocupa indicadores energéticos, las aprobaciones oficiales del gobierno también se están ralentizando.
Precisamente porque esta homologación es más difícil, las empresas que consigan pronto los indicadores y tengan una alta proporción de grafitización tomarán la delantera en el sector.
Exploración de la próxima generación de materiales para ánodos
Aunque el excelente rendimiento cíclico del grafito artificial le ha permitido lograr aplicaciones a gran escala en baterías de energía. Pero los expertos del sector no han renunciado a explorar la próxima generación de materiales para ánodos. En la actualidad, lo más probable es que el ánodo de silicio-carbono se convierta en la próxima generación de materiales para ánodos.
El electrodo negativo de silicio-carbono, como su nombre indica, se fabrica convirtiendo el electrodo negativo original de carbono puro (grafito) en un electrodo negativo dopado con silicio mediante el método de dopaje.
Su mayor ventaja es su alta densidad energética. La mayor capacidad específica del ánodo de grafito artificial actual puede alcanzar unos 370mAh/g. Mientras que el ánodo de carbono silicio puede alcanzar teóricamente los 4200mAh/g, lo que puede aumentar enormemente la autonomía de crucero.
Existen dos vías técnicas para los electrodos negativos de silicio-carbono:
- Uno está dopando óxido de silicio en electrodos negativos de carbono,
- Y la otra es dopar silicio puro.
En la actualidad, Tesla ha adoptado la ruta del óxido de silicio, pero el efecto real no es especialmente ideal. Así que la industria está probando en general otra vía técnica, es decir, el dopaje del silicio puro.
Aunque dopando el silicio puro se puede obtener una mayor capacidad específica. Pero ahora, la tecnología no es muy estable. Es más, todas las empresas se encuentran en la fase de línea de prueba piloto y aún no han entrado en la fase de producción en serie.
Tomemos Putailai, el líder de la industria de ánodos, como ejemplo. Hay reservas de ánodo de silicio-carbono y otras rutas, pero aún se están optimizando.
Resumen
Después de hablar de la ruta de la tecnología de electrodos negativos de nueva generación, hagamos un resumen de esta parte.
El material del electrodo negativo desempeña principalmente la función de almacenar y liberar energía eléctrica, y su precio unitario es inferior al del material del electrodo positivo. En la actualidad, el grafito artificial es el más utilizado.
Desde la perspectiva de la estructura de la industria, debido a la falta de capacidad de grafitización, la oferta de materiales para ánodos ha sido escasa en los dos últimos años.
Debido a las altas barreras y al elevado consumo de energía de la grafitización, no es fácil ampliarla en los últimos años, lo que limita en cierta medida la oferta de la industria. Por lo tanto, en la industria de ánodos, no solo debemos prestar atención a la expansión de los materiales de ánodos, sino también a la expansión de la capacidad de producción de grafitización.
Para la próxima generación de materiales anódicos, el consenso actual en la industria es dopar el óxido de silicio o el silicio puro para formar materiales anódicos con mayor densidad energética. Pero aún está en fase piloto, por lo que se puede prestar atención a los avances relacionados.
En la siguiente parte, llegaremos a la pista de subdivisión con mayor elasticidad y periodicidad en las baterías de litio: el electrolito.
Electrolito para las baterías de litio
Composición del electrolito electrónico de litio
En la primera clase, mencionamos que la función principal del electrolito es servir de portador para la migración de los iones de litio a fin de garantizar la transmisión normal de los iones de litio entre los electrodos positivo y negativo.
Para completar las funciones anteriores, el electrolito debe tener tres partes, es decir:
- Soluto utilizado para proporcionar iones de litio
- Disolvente para medio de transporte de iones de litio
- Aditivos utilizados en pequeñas cantidades para mejorar el rendimiento
Como sabemos por lo dicho anteriormente, el costo global del electrolito se compone generalmente de las tres partes mencionadas. Entre ellos, el soluto, el 51% del costo global, mientras que el disolvente es el 19%, y el aditivo es el 16%.
Son estas tres partes las que desempeñan sus propias funciones, por lo que, cuando estudiemos, también las dividiremos en categorías y analizaremos en detalle el contenido específico.
Dado que hay muchos nombres propios en el enlace electrolítico, antes de introducir la industria, necesitamos resumir los nombres y rutas relevantes. Echemos un vistazo a esta tabla, que puede reducir las barreras cognitivas del contenido de seguimiento.
Electrolito
↙
↓
↘
1. Disolvente
↓
2. Sal de litio soluto
↓
3. Aditivos
↓
1.1 Disolventes convencionales
(1) Carbonato cíclico
- Policarbonato (PC)
- Carbonato de etileno (CE)
(2) Cadena de carbonato
- Policarbonato (PC)
- Carbonato de etileno (CE)
- Etilmetilcarbonato (EMC)
1.2 Nuevos disolventes
(1) Carboxilato
(2) Sulfitos
(3) Disolventes fluorados
2.1 Solutos convencionales
(1) Hexafluorofosfato de litio（LiPF6）
(2) Tetrafluoroborato de litio（LiBF4）
2.2 Nuevos solutos
(1) LiFSI
(2) LiBOB
(3) LiTFSI
3.1 Aditivos filmógenos
3.2 Aditivo de protección contra sobrecarga
3.3 Aditivos de alta y baja temperatura
3.4 Aditivos ignífugos
3.5 Aditivos de tasa
Tendencias de la industria del electrolito
Después de leer la tabla, vamos a elegir las partes más importantes y profundizaremos en ellas, principalmente las tendencias del sector.
El primero es el disolvente. Para cooperar con el electrodo positivo ternario de alto contenido en níquel, en el futuro disolvente se utilizará más carbonato de etilo y metilo, es decir, EMC. Porque el sistema construido de esta manera es más seguro y tiene una mejor vida de ciclo.
A continuación, pasamos a la parte del soluto. El soluto más común e importante es el hexafluorofosfato de litio (LiPF6), también conocido como 6F.
Aunque tiene unas prestaciones excelentes en términos de rentabilidad y seguridad, también presenta desventajas. Pero también tiene desventajas, como su escasa resistencia al calor y al agua: por encima de 80°C, se descompone y libera fluoruro de hidrógeno, un gas nocivo.
Por ello, la industria también está pensando en sustituirla por un nuevo tipo de sal de litio, es decir, LiFSI, que mencionaremos más adelante.
Ahora, entremos en la parte industrial para ver qué cambios se han producido en el sector este año.
En primer lugar, veamos los disolventes. Desde la perspectiva del mercado en 2021, la nueva capacidad de producción de toda la industria es relativamente limitada. Debido a que los nuevos participantes, OXIRAN y CAPCHEM tienen una capacidad de producción relativamente limitada, y los productos terminados producidos por las empresas químicas de carbón se concentran principalmente en el DMC de grado industrial de primera línea, que necesita ser procesado en DMC de grado de batería.
Para una expansión más específica de la producción, puede consultar el siguiente gráfico.
Modo de expansión de la industria de disolventes
↗
→
→
↘
1. Expansión de la industria
2. Nuevos participantes
3. Nuevo modo de producción
4. Proyecto de conversión de carbón en etilenglicol
→
→
→
→
① SHINGHWA (100.000 toneladas en Dongying, 40.000 toneladas en Quanzhou)
② Shandong Haike (Jiangsu 120.000 toneladas)
① CAPCHEM (3,2 toneladas, 21 años para uso propio)
② OXIRAN (30.000 toneladas)
TINCI Materials (70.000 toneladas, purificación industrial hasta grado de batería, principalmente para uso personal)
① HUALU HENGSHENG (principalmente etilenglicol, subproducto industrial de grado DMC, para purificación)
② CNSG ANHUI Hong SIFAN
③ Zhejiang SINOPEC
Ahora, entremos en la parte industrial para ver qué cambios se han producido en el sector este año.
En primer lugar, veamos los disolventes. Desde la perspectiva del mercado en 2021, la nueva capacidad de producción de toda la industria es relativamente limitada. Debido a que los nuevos participantes, OXIRAN y CAPCHEM tienen una capacidad de producción relativamente limitada, y los productos terminados producidos por las empresas químicas de carbón se concentran principalmente en el DMC de grado industrial de primera línea, que necesita ser procesado en DMC de grado de batería.
Para una expansión más específica de la producción, puede consultar el siguiente gráfico.
Ahora que las normas de estos años se han utilizado como presagio, el mercado de electrolitos en 2021 también es comprensible. Desde principios de 2021 hasta mayo de 2021, el precio del electrolito ha subido de 30.000 RMB / tonelada a 70.000 RMB / tonelada, y el precio del 6F ha subido de 80.000 RMB / tonelada a 350.000 RMB / tonelada.
La pendiente de aumento del precio del 6F es mucho mayor que la del electrolito, porque existe una brecha entre la oferta y la demanda en esta industria. Y esta brecha no es el electrolito terminal, sino el 6F y el aditivo VC.
Así que es fácil para todos entender tal lógica: la pendiente de aumento de precio del 6F es mucho mayor que la del electrolito terminal, lo que inevitablemente conducirá a la continua reducción de la diferencia de precio entre ambos.
Sin embargo, las empresas que sólo producen electrolitos y no tienen una disposición 6F pueden reducir mucho su rentabilidad. Por el contrario, las empresas que prevén tener más capacidad de producción 6F tienen una enorme flexibilidad en la rentabilidad.
Esto señala un punto clave de la industria, es decir, en esta etapa, la importancia de 6F es mucho mayor que el electrolito del terminal.
Para la vía de los aditivos, la brecha actual en la CV es la mayor. Por un lado, la demanda terminal ha aumentado considerablemente. Por otro lado, también es causada por el uso a gran escala de VC debido a los cambios en la fórmula de las baterías de hierro-litio en los últimos años.
Esta situación también crea una situación muy dramática: si no hay contrato a largo plazo, aunque se tenga dinero, no se puede comprar VC. Como ejemplo, publicamos la expansión de la producción de las empresas relacionadas y la producción de VC en los últimos años para su referencia.
Principales fabricantes de CV en China
Empresa | Capacidad en 2021/tonelada | Plan de expansión |
Jiangsu HSC | 3000 | 1.000 toneladas de nueva ampliación en 2022 |
HICOMER | 1800 | Jiangsu HICOMER planea ampliar su producción de 59.000 toneladas de aditivos |
Suzhou HUAYI | 1200 | Dalian Huayi planea ampliar 10.000 toneladas |
Rongcheng Qingmu | 1000 | Añadir 1.000 toneladas en 2021 |
TINCI Tianshuo | 1000 | |
Fujian Bohong | 700 | Añadir 1.000 toneladas en 2022 |
Fujian Chuangxin | 500 | |
Tai’an Zixin | 500 | |
Suzhou CHEERCHEM | 300 | |
Shandong Yonghao | 2000 | Se prevé que la nueva capacidad comience a producir en junio de 2021 |
Total | 12000 |
De la anterior estructura del sector se desprende que los precios están aumentando en varias subdivisiones.
Precisamente por el aumento de los precios, la próxima generación de nuevas sales de litio de alto costo parece más factible. Por el momento, este nuevo tipo de sal de litio es el bisfluoruro (LiFSI) que hemos mencionado antes.
Por supuesto, según los registros de la gente de la industria, el difluoro no es un sustituto del 6F, sino un suplemento, principalmente para mejorar el rendimiento original.
Según las previsiones pertinentes, si consideramos toda la industria de baterías, la proporción de difluorina añadida en el futuro será de aproximadamente el 20%, y del 30% en ternario, lo que supera el 10% mencionado en el informe de investigación.
No sólo por la fórmula actual del electrolito, sino también por la reserva técnica del difluoruro, muchas empresas lo han optimizado para la próxima generación de materiales de baterías. Por ejemplo, el electrodo negativo de carbono-silicio que mencionábamos antes, el ternario de alto contenido en níquel, e incluso las baterías de estado sólido y semisólidas.
Por lo tanto, existe una alta probabilidad de que la difluorina pueda adaptarse al sistema de materiales de las baterías de litio de próxima generación, y las aplicaciones futuras no serán un problema.
Al final del SFC, veremos también los planes de expansión de varias empresas. Puedes ver la imagen a continuación.
Capacidad de producción actual y prevista de las principales empresas mundiales de LiFSI
País | Empresa | Capacidad de producción actual (toneladas) | Capacidad de planificación (Toneladas) | Capacidad total de producción |
Japan | Catalyst | 300 | 2000 | 2300 |
South Korea | Tempo | 720 | 280 | 1000 |
China | CHEMSPEC | 1700 | 1700 | |
China | CAPCHEM | 200 | 2400 | 2600 |
China | Fluolyte Battery | 300 | 700 | 1000 |
China | YONTA Technology | 500 | 1000 | 2000 |
China | TINCI Material | 2300 | 4000 | 6300 |
China | DFD New Energy | 1000-2000 | 1000-2000 | |
China | Jiangsu HSC | 200 | 800 | 1000 |
Total | 6220 | 11180 | 17900 |
El electrolito se compone principalmente de tres partes, que son el soluto, el disolvente y el aditivo. Aunque los temas principales de las tres subdivisiones son los aumentos de precio, cada una tiene sus propias diferencias. Además, aunque hay muchas ampliaciones de la producción de disolvente, puede que no sean demasiadas cuando se trata de EMC, donde se utiliza mucho el níquel.
Y el soluto, es decir, el 6F, es el rey de las subidas de precios en 2021, y las empresas relacionadas también tienen planes de expansión exponencial. El lado de los beneficios tiene una enorme flexibilidad, y la brecha en VC también es muy grande.
Para la próxima generación de sales de litio, el difluoro es la primera opción de la industria actual. Además, las opiniones sobre la proporción de adición de difluoro no son las mismas. En la actualidad, muchos informes de investigación mencionan que es sólo del 10%. Según los conocedores de la industria, si se incluye el electrolito de todas las baterías, la proporción de difluorina puede alcanzar el 20%. Si sólo se tiene en cuenta el popular ternario, esta proporción llega al 30%.
Diafragma: La pista más fuerte de las medianías
Al final de la última parte, mencionamos que el separador de la batería es la mejor sección en el aumento de las baterías de litio.
En la primera parte, hemos presentado brevemente el papel del separador de la batería.
En esta parte, dejemos a un lado la función y empecemos por el producto. El separador de baterías tiene principalmente dos láminas, una es la “lámina base” y la otra es la “lámina de revestimiento“.
# La lámina base está funcionalmente completa.
# La lámina de revestimiento sirve principalmente para mejorar el rendimiento de la pila, así como aumentar la estabilidad térmica de la película base.
Dos procesos de producción del separador de baterías: húmedo y seco
Veamos ahora los dos procesos de producción del separador de baterías, el método seco y el método húmedo. Podemos ver la tabla comparativa de los dos procesos.
Nueva comparación energética entre separadores secos y húmedos
Características | Parámetro | Proceso en seco | Proceso húmedo | Comparación |
Coherencia | Distribución del tamaño de los poros (μm) | 0.01-0.3 | 0.01-0.1 | El proceso húmedo tiene una mejor consistencia de la estructura de los poros |
Porosidad | 30%-40% | 35%-45% | Mayor porosidad en vía húmeda | |
Espesor (μm) | 12-30 | 5-30 | El proceso húmedo tiene mejor consistencia de espesor | |
Estabilidad | Resistencia a la tracción transversal/Mpa | <100 | 130-150 | El proceso húmedo tiene mayor resistencia a la tracción y mayor estabilidad mecánica |
Resistencia a la tracción longitudinal/Mpa | 130-160 | 140-160 | ||
Seguridad | Resistencia a la perforación (gf) | 200-400 | 300-550 | El proceso húmedo tiene mayor resistencia a la perforación |
No es difícil ver que el método húmedo es superior en uniformidad y permeabilidad al aire, y más fino en grosor. Puede decirse que está a la cabeza en cuanto a indicadores de rendimiento.
De hecho, salvo por la estabilidad térmica y el precio, el método húmedo es mejor que el seco en casi todos los aspectos. Pero el inconveniente de la escasa estabilidad térmica también puede resolverse recubriendo la película, por lo que el método húmedo se ha ido imponiendo poco a poco.
Según la encuesta, el envío de diafragmas de batería de litio de China en 2019 fue de 2,74 mil millones de metros cuadrados, de los cuales el envío de diafragmas húmedos alcanzó 1,99 mil millones de metros cuadrados, lo que representa el 72,6%, que puede describirse como la corriente principal absoluta.
Aunque el método húmedo se ha convertido gradualmente en la corriente principal debido a sus ventajas de rendimiento, desde 2020, la batería de álabes representada por BYD
Aunque el método húmedo se ha convertido gradualmente en la corriente principal debido a sus ventajas de rendimiento, desde 2020, el auge de las baterías de cuchillas representadas por BYD ha devuelto el método seco a la visión de todos. En la impresión tradicional, el método seco es más adecuado para el litio hierro fosfato, y el método húmedo es más adecuado para el ternario.
¿Por qué hay tanta diferencia?
Hay que empezar por el costo de los dos tipos de baterías.
Como hemos dicho antes, el costo de las baterías ternarias es más elevado. Si el grosor del separador es menor, se puede reservar más espacio para otros materiales activos. Esto es relativamente rentable para la batería ternaria más cara. Por lo tanto, el método húmedo, que es más adecuado para el adelgazamiento, se ha convertido en la primera opción de las ternarias.
De hecho, no existe una frontera técnica estricta entre estas dos vías. Porque algunos fabricantes de ternarios también utilizan el método seco, y algunos fabricantes de fosfato de hierro y litio también utilizan el método húmedo. Depende del sistema técnico del fabricante de baterías.
Pero en general, con la expansión del almacenamiento de energía y otros campos, la demanda de fosfato de litio completo también está aumentando. Y el método seco, de menor costo, también ofrecerá sus propias oportunidades.
Acerca de la industria de separadores de baterías
Tras presentar brevemente el actual proceso húmedo dominante, echemos un vistazo a la estructura de esta industria.
La industria de separadores de baterías es esencialmente una industria de química fina, que requiere mucho capital y mucha tecnología.
Según los cálculos, entre los cuatro materiales subdivididos, el separador de la batería es el segundo mayor gasto de capital por GWh, sólo superado por el material del cátodo. Y el costo de amortización del eslabón de diafragma representa el 17% del costo total, superior al de otras vías de subdivisión.
Mayores gastos de capital significan mayores barreras de entrada porque, al fin y al cabo, se está gastando más dinero. La segunda amortización representa una gran proporción de los costos de producción, lo que significa que el nivel de utilización de la capacidad afectará significativamente a la rentabilidad de la empresa. En otras palabras, el umbral de explotación también es alto.
Tras hablar del umbral del costo, veamos las barreras técnicas.
En pocas palabras, los fabricantes de equipos no están dispuestos a ampliar la producción, lo que conduce a la imposibilidad de liberar rápidamente la capacidad de producción del diafragma, suprimiendo el lado de la oferta. Y como el periodo de expansión también es largo (2 años), es fácil que se produzca un desajuste entre la oferta y la demanda.
En la actualidad, los equipos para producir separadores suelen estar monopolizados por empresas japonesas y alemanas debido a las elevadas barreras técnicas. Además, las empresas extranjeras no están dispuestas a ampliar la producción. Todo ello impide liberar rápidamente la capacidad de producción de la industria.
En concreto, Enjie, líder del sector, ha bloqueado todas las fábricas de acero y parte de la capacidad de producción de Toshiba en 2020. Y lo mismo ocurre con otras empresas líderes, lo que hace que otros actores no puedan ampliar sus líneas de producción. La oferta de toda la industria es relativamente limitada.
Por lo tanto, teniendo en cuenta las barreras del capital y la tecnología, y la barrera de toda la barrera, el crecimiento de la oferta será relativamente limitado en los próximos dos años. El crecimiento es limitado, y la demanda aumenta año tras año, lo que naturalmente crea la vía más fuerte en la cadena intermedia.
Al final de esta parte, hemos clasificado la cadena industrial de las baterías de litio.
En primer lugar, echemos un vistazo a todo el mapa industrial de las baterías eléctricas. Este artículo se centra principalmente en los materiales.
Por último, hablemos de los antecedentes. El auge de toda la industria de las baterías de litio en 2020 es inseparable de los esfuerzos realizados por las empresas chinas de materiales para reducir costos y aumentar la eficiencia en los últimos tres años, de 2017 a 2019.
Por lo tanto, aunque todos los grandes materiales claman por un “aumento de precios” en 2021, la “reducción de costos y la mejora de la eficiencia” siguen siendo un tema eterno. Así que elegir la ruta correcta y ampliar la producción es el camino real. Una vez “falsificada” la tecnología, la enorme capacidad de producción se convertirá en una carga.
Guía para la industria de materiales para baterías de litio
Mapa de la industria de materiales para las baterías de litio
Cadena ascendente | Cadena intermedia | Cadena descendente | |
Litio, cobalto, níquel, manganeso y otros recursos minerales | Materias primas para baterías | Fabricante de baterías | Batería |
electrodo positivo, electrodo negativo, electrolito, separador
| Batería de consumo de 3C | ||
Almacenamiento de energía | |||
Ventajas y desventajas de los tres metales en materiales ternarios
Tipo de metal | Ventaja | Limitaciones |
Níquel | El alto contenido en níquel ayuda a mejorar la densidad energética de las baterías | Un contenido excesivo de níquel reducirá la vida útil de la batería |
Cobalto | Estabiliza la química de la batería para ayudar a mejorar la conductividad y el rendimiento del ciclo | muy caro |
Manganeso | Barato, mejora la estabilidad estructural y la seguridad | El alto contenido afecta a la densidad energética |
