22 años de personalización de baterías
Mar 08, 2019 Pageview：502
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En la actualidad, los gigantes automotrices internacionales han acelerado la estrategia de vehículos de nueva energía, lo que a su vez promoverá indirectamente el desarrollo explosivo de baterías de energía, que se ha convertido en el consenso del mercado y la industria.
La compañía mundial de baterías de energía ha experimentado más de 10 años de desarrollo y ha entrado en un período de rápido desarrollo y precipitación tecnológica. Entre ellos, las empresas Panasonic, LG Chem de Corea del Sur y Samsung SDI tienen la mayor influencia en la industria. ¿Cómo logran la cima del mundo? El autor analizará el historial de desarrollo, el diseño industrial, la tecnología del producto, la relación con el cliente del vehículo y el apoyo al mercado, la cadena de proveedores y otras dimensiones, con la esperanza de dar alguna referencia a la batería de energía automotriz doméstica.
Punto de vista 1: ¿fuerza en I + D? El socio adecuado → la clave del éxito
Desde el proceso de desarrollo, la mayoría de las empresas internacionales de baterías de energía han acelerado el desarrollo y la acumulación de baterías de energía desde principios del siglo XX. En ese momento, la industria de las baterías de energía todavía estaba en la etapa de desarrollo principal, y su inversión, I + D e investigación técnica eran todos productos de alta barrera, lo que resultó en menos proveedores de baterías de energía, e investigación y desarrollo de baterías de energía relativamente concentradas y capacidad de batería de energía .
Posteriormente, debido a la influencia de múltiples factores como la energía y el medio ambiente, la industria del automóvil de nueva energía comenzó a desarrollarse rápidamente. Las compañías de baterías eléctricas han aumentado su cooperación con compañías de vehículos, compañías de tecnología y compañías de repuestos, como Panasonic y Tesla, LG Chem y Hyundai, Samsung SDI para adquirir MBSS y establecieron una relación estable y a largo plazo con BMW. . Es precisamente debido a la confianza continua y el apoyo de adquisición brindado por los fabricantes de vehículos que las compañías de baterías de energía en la etapa inicial han establecido con éxito una base sólida.
Punto de vista 2: ¿Trazado industrial? Mercado de vehículos de nueva energía → Buscando espacio para liberar capacidad
Desde la perspectiva del diseño industrial, el desarrollo de baterías de energía necesita el apoyo del mercado de vehículos de nueva energía, para liberar efectivamente la demanda de capacidad y realizar el ciclo cerrado de I + D-producción-ventas.
En la actualidad, Panasonic, LG Chem y Samsung SDI han logrado un diseño básico en países como China, Estados Unidos, Japón y Corea. Precisamente porque Tesla, Chevrolet Volt y otros vehículos de nueva energía tienen un buen entorno de mercado y demanda en los Estados Unidos, se lanzó Panasonic. La demanda de capacidad de la batería ha ganado las oportunidades de desarrollo para las baterías Panasonic.
Punto de vista 3: ¿Rutas tecnológicas? Rendimiento del producto → Formación de la competencia central
Desde un punto de vista técnico, se ha confirmado la ruta de la tecnología ternaria actual para las baterías de energía, y el material del cátodo ternario y el ánodo de grafito son las rutas principales internacionales. La elección de la ruta técnica es crucial, y AESC, una conocida compañía de baterías de energía, ha llegado al borde de ser eliminada debido a la elección incorrecta de la ruta positiva.
La batería de Panasonic se ha transformado en 21700 mediante el uso de material de electrodo positivo NCA, que ha aumentado la densidad de energía de la batería de potencia. Ha ganado una fuerte competitividad en el mercado al confiar en la innovación tecnológica continua y la innovación de productos. LG Chem utiliza una gran cantidad de sinergias de línea de productos de materiales químicos. El desarrollo de baterías de litio, a través de la producción en masa para reducir efectivamente los costos, tiene la doble ventaja de calidad y precio; El campo de las baterías Samsung SDI participa en una amplia gama, aunque realiza un seguimiento activo pero no se centra en los proyectos de baterías de energía automotriz, los productos NCM y NCA de la compañía y la química de LG existe una cierta brecha. Según el fundador de Apple, Steve Jobs, la creación de una empresa duradera requiere productos excelentes, lo que también demuestra que la principal competitividad de las baterías eléctricas radica en la calidad y el rendimiento de los propios productos. Agregue inteligencia industrial a la microseñal pública: robotinfo Ma Yun está prestando atención
Punto de vista 4: ¿Relación con el vehículo? Soporte del mercado Tamaño del mercado → Aproveche las alturas dominantes del mercado futuro
El volumen de producción y compra de los fabricantes de vehículos determina la cantidad de batería de energía, pero dado que la batería de energía es el componente central de los vehículos de nueva energía, la relación de costo es superior al 40% y la inversión en batería de energía es grande, las barreras técnicas y de I + D son alta y certificación. Durante mucho tiempo, esto ha llevado a la tendencia de la cooperación conjunta entre las empresas de baterías de energía y los fabricantes de vehículos.
En la actualidad, existen dos tipos principales de empresas de baterías de energía: clientes estratégicos y clientes cooperativos. Por ejemplo, Panasonic y Tesla, Samsung SDI y BMW forman una asociación estratégica estable a largo plazo, mientras que LG Chem tiene una excelente calidad de producto, una producción suficiente y un precio relativamente bajo. Y conviértase en socio de la mayoría de las empresas de automóviles. Obviamente, el establecimiento de una relación de “batería de energía del vehículo completo” es muy importante.
En los últimos años, los envíos de los fabricantes de baterías de energía de Japón y Corea del Sur han aumentado significativamente. En 2016, los envíos de Panasonic, LG Chemical y Samsung SDI representaron el 76% de los mercados extranjeros. En la actualidad, los vehículos de nueva energía aún no han formado un mercado a gran escala, y las compañías de baterías de energía han adoptado estrategias de bajo precio para ocupar el mercado, y la competencia se ha vuelto cada vez más intensa.
Debido a la amplia variedad de productos de baterías eléctricas, varias compañías de baterías tienen una amplia variedad de formas y tipos de productos, lo que ha dado como resultado "dieciocho artes marciales" para aumentar la participación de mercado. Tomando LG Chem como un ejemplo típico, la primera batería de paquete blando escalonado y la batería de paquete blando hexagonal se diseñaron de acuerdo con la demanda del mercado, que cumple con los requisitos de diferentes modelos para la forma y tamaño de las baterías eléctricas, y ha acumulado muchos clientes. Por lo tanto, es una prioridad para las empresas mejorar el apoyo al mercado y ocupar participación de mercado, de modo que las empresas de baterías de energía puedan aprovechar el "pastel" de mercado más grande en el futuro.
Punto de vista 5: ¿Suministro de piezas? Piezas principales y aprovisionamiento global → Garantizar la calidad y el suministro de capacidad
Con el desarrollo de la industria de las baterías de potencia, la globalización del suministro de piezas se convertirá en una tendencia y las características de homogeneización de los productos serán cada vez más obvias.
Por un lado, Panasonic, LG Chemical, Samsung SDI y otras empresas fortalecen el cultivo de la cadena de suministro de material internacional para reducir continuamente los costos, por otro lado, fortalecen la capacidad de autocontrol de los componentes centrales y aumentan los márgenes de beneficio del producto mediante diferenciados competencia, al tiempo que aumenta aún más la capacidad de producción y la garantía de calidad del producto.
Sobre la base del análisis anterior, el desarrollo de las principales empresas de baterías de energía está a punto de prestar atención a la "guerra prolongada". Bajo la premisa de comprender la tendencia, siempre nos adherimos al concepto de cooperación y beneficio mutuo, planificamos un diseño estratégico razonable, continuamos promoviendo la investigación y el desarrollo e innovación de tecnología y cultivamos intensamente el mercado de la industria. Optimice continuamente la cadena de suministro y gane la influencia de la industria actual mediante una inversión suficiente. Vale la pena aprender la experiencia exitosa.
Las piedras de otras colinas pueden aprender. A medida que los incentivos de las políticas de la industria automotriz de nueva energía de China disminuyen gradualmente y las compañías locales de baterías de energía participarán en la competencia internacional, combinada con la situación real de China, las compañías de baterías relevantes pueden consultar las siguientes recomendaciones:
· Fortalecer la cooperación en I + D y la investigación técnica con los fabricantes de vehículos y llevar a cabo una cooperación profunda en innovación. La premisa es garantizar la coherencia de los objetivos de cooperación y la persistencia del tiempo de cooperación, como la relación de cooperación estratégica entre Panasonic y Tesla en los últimos 10 años.
· Acelerar la concentración de la industria de las baterías de energía, optimizar la estructura del producto y regular activamente el equilibrio dinámico entre la demanda y la oferta. Sobre esta base, centralizó los recursos de la industria para lograr un nuevo avance en las baterías ternarias de litio y todas las baterías de litio sólidas.
· Para mantener la competitividad de los productos diferenciados de las empresas, es necesario mejorar la capacidad de autocontrol de los materiales centrales de las baterías de energía, y al mismo tiempo integrar los recursos globales y tomar el camino del desarrollo de “calidad, cantidad, precio y marca ”.
¿Quién se reirá de la batalla final del material del cátodo de la batería de potencia?
Los vehículos de nueva energía son la dirección del desarrollo del automóvil. Las baterías eléctricas son el corazón de los vehículos de nueva energía. Su nivel tecnológico y desarrollo industrial son de gran importancia para la aplicación a gran escala de los vehículos eléctricos. Con la creciente concentración de la industria de las baterías de energía y la madurez gradual de la ruta tecnológica, la batería de energía del futuro se desarrollará hacia una velocidad de carga más segura, más larga y más rápida. Agregue inteligencia industrial a la microseñal pública: robotinfo Ma Yun está prestando atención
En la actualidad, existen muchas rutas técnicas para los materiales de cátodos de baterías de energía, centrándose principalmente en fosfato de hierro y litio, materiales ternarios, óxido de cobalto de litio y manganato de litio. Luego, con el avance continuo de la tecnología, ¿qué tipo de ruta de tecnología de material de cátodo está en la batería de energía? ¿Es el campo más competitivo?
Estado actual de la industrialización de los materiales de cátodos de baterías de potencia
Debido a su buena seguridad, ciclo de vida prolongado, abundantes recursos de materias primas y ausencia de contaminación ambiental, muchos fabricantes de baterías de energía encabezados por BYD han buscado el fosfato de hierro y litio. El éxito de la ruta de la tecnología de fosfato de hierro y litio de China es inesperado para los principales fabricantes extranjeros de baterías de energía.
Hay muchas ventajas del fosfato de hierro y litio, pero las desventajas también son obvias. Además del rendimiento del ciclo extremadamente pobre a bajas temperaturas, el principal inconveniente es su baja conductividad y densidad de derivación, y su densidad de energía es de solo 120-150 wh / kg. A fines de 2016, el estado introdujo subsidios para baterías de energía de acuerdo con la densidad de energía, lo que puede obstaculizar el desarrollo de baterías de energía de fosfato de hierro y litio. Sin embargo, el uso de fosfato de hierro y litio en autobuses eléctricos es insustituible y el espacio de mercado sigue siendo amplio en el futuro.
En la actualidad, los fabricantes de baterías que utilizan fosfato de hierro y litio incluyen BYD, Peking University First, Shenzhen Water Code Hefei, Guoxuan, etc. En el futuro, el fosfato de hierro y litio se desarrollará en la dirección de aumentar la densidad de energía. Es concebible utilizar aditivos como el grafeno y los nanotubos de carbono para aumentar la capacidad de velocidad, o para aumentar el voltaje con fosfato de hierro, manganeso y litio, aumentando así la densidad de energía en un 15-20%.
Ácido de litio y niquelato de litio
El cobaltato de litio es el primer material de cátodo de batería de litio para aplicaciones comerciales. La primera generación de baterías comerciales de iones de litio es la batería de iones de litio de óxido de cobalto y litio que SONY introdujo en el mercado en 1990, y luego se ha utilizado ampliamente en aplicaciones de productos de consumo.
Sin embargo, la mayor desventaja del cobaltato de litio es que la capacidad específica de masa es baja y el límite teórico es 274 mAh / g. Por consideraciones de estabilidad estructural, solo se pueden lograr 137 mAh / g en aplicaciones prácticas. Al mismo tiempo, debido a las reservas relativamente bajas de cobalto en la tierra, el costo del óxido de cobalto de litio es alto y es difícil de distribuir a gran escala en el campo de las baterías eléctricas.
Similar al cobaltato de litio, el niquelato de litio ideal es una estructura de capa hexagonal de tipo α-NaFeO2. La capacidad teórica del material del cátodo de niquelato de litio es de 275 mAh / g, que puede alcanzar los 180-200 mAh / g, y el potencial medio de inserción de litio es de aproximadamente 3,8 V. . En comparación con el cobaltato de litio, el níquel tiene una reserva mayor que el cobalto y es relativamente más barato. Sin embargo, el niquelato de litio es difícil de sintetizar y tiene un rendimiento de ciclo deficiente. El niquelato de litio de fase pura no es práctico.
Comparación de seis indicadores de algunos materiales de electrodos de baterías de potencia
El manganato de litio está muy cerca del óxido de cobalto de litio y los materiales ternarios que se utilizan actualmente. Su proceso de producción de baterías está muy maduro. La línea de producción de baterías de potencia es básicamente compatible con la línea de producción existente. En particular, Japón y Corea del Sur tienen la intención de usar baterías tipo 18650 para formar un módulo de batería de potencia. La idea técnica hace que la producción de baterías de energía de manganato de litio sea más fácil de lograr.
La mayor desventaja del manganato de litio es su bajo rendimiento en el ciclo de temperatura, pero también tiene sus propias ventajas únicas en comparación con el fosfato de hierro y litio.
(1) La energía específica volumétrica del manganato de litio es mejor que el fosfato de hierro y litio
La capacidad del manganato de litio es aproximadamente un 25% menor que la del fosfato de hierro y litio, pero su voltaje es un 15% más alto que el del fosfato de hierro y litio, y la densidad de compactación del manganato de litio es aproximadamente un 40% mayor. Por lo tanto, la energía específica de volumen del manganato de litio es más alta que la del fosfato de hierro, litio 25-30%.
(2) La consistencia del manganato de litio es mejor que la del fosfato de hierro y litio
Dado que el producto de manganato de litio no contiene carbono, los parámetros de rendimiento del producto son estables y la consistencia es muy favorable para la producción de la batería de potencia.
Estructura de espinela del manganato de litio
En la actualidad, Sonny de Japón, China CITIC Guoan, Suzhou Xingheng y otras empresas están desarrollando y produciendo baterías de energía de manganato de litio, y habrá un buen mercado en el futuro en vehículos eléctricos de baja velocidad y vehículos eléctricos con bajo rango de crucero.
Material ternario
Los materiales ternarios son principalmente aluminato de litio y níquel-cobalto (NCA) y manganato de níquel-cobalto (NCM). Entre ellos, el NCA es el material con mayor capacidad específica entre los materiales catódicos comerciales.
Aluminato de cobalto cobalto de níquel (NCA)
Debido a que el Co y el Ni tienen configuraciones electrónicas similares, propiedades químicas similares y pequeñas diferencias en el tamaño de los iones, el niquelato de litio y el cobaltato de litio se pueden sustituir de manera equivalente para formar una solución sólida continua y mantener una estructura de α-NaFeO 2 en capas, con el fin de obtener A Un material de solución sólida con alto contenido de níquel más estable, además de la adición de cobalto, puede mejorar aún más la estabilidad y seguridad del material, formando así un material ternario de aluminato de aluminio y cobalto de litio.
Aunque NCA tiene una alta capacidad específica, sus deficiencias también son obvias. La tendencia de desarrollo futuro es desarrollar NCA con alto contenido de níquel y bajo cobalto para reducir los costos y aumentar la capacidad; y desarrollar NCA real de alta presión para aumentar la relación de volumen; Además, el proceso de recubrimiento se utiliza para reducir el NCA, la sensibilidad a la humedad.
En la actualidad, Tesla de los Estados Unidos está utilizando una batería de energía de material de cátodo NCA, la tecnología está en la posición de liderazgo. Las baterías 18650 de Japón con combinación de ánodos de carbono de silicio y NCA tienen una capacidad de hasta 3500 mAh y una vida útil de más de 2000 veces. Varios indicios apuntan a que la NCA es positiva. Los materiales son altamente competitivos en aplicaciones de baterías eléctricas.
Óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso (NCM)
El material ternario de hidruro de níquel-cobalto-manganeso (NCM) tiene las ventajas de una alta capacidad específica, un ciclo de vida prolongado, una buena seguridad y un precio bajo, pero también tiene las desventajas de una plataforma relativamente baja y una baja eficiencia de carga y descarga inicial.
Actualmente, el hidruro de níquel-cobalto-manganeso (NCM) se utiliza principalmente en LG de Corea del Sur, Zhejiang Weihong Power y Zhuhai Yinlong. En el futuro, la tendencia de desarrollo de NCM es principalmente producir materiales ternarios en capas con bajo contenido de cobalto. La principal razón es que el cobalto es un recurso escaso. Reducir la cantidad puede reducir el costo; la otra dirección es desarrollar un material ternario en capas con alto contenido de níquel. Aunque el sistema con alto contenido de níquel es difícil de sintetizar y es propenso a la mezcla de níquel-litio, el aumento en el contenido de níquel puede aumentar significativamente la capacidad en gramos, y el sistema con alto contenido de níquel es la energía, uno de los materiales ideales para las baterías. Además, NCM también debe prestar atención al problema de la absorción de agua de los materiales.
En esta etapa, algunos fabricantes nacionales adoptan la ruta técnica de la combinación ternaria NCM / ánodo de titanato de litio para evitar el problema de mala seguridad y ciclabilidad provocado por la formación de dendritas de litio que pueden existir en el ánodo de carbono. La batería de energía producida por este módulo tiene las características de buena seguridad, alta tasa de carga-descarga y ciclo de vida largo (hasta 5000-10000 veces), y por lo tanto ha atraído mucha atención en el campo de las baterías de energía.
Para resumir
Tendencias políticas, el mercado de la industria de baterías de energía futura es amplio, la tasa de crecimiento anual promedio del mercado de baterías de energía de vehículos de nueva energía en los tres años puede alcanzar aproximadamente el 50%, pero toda la industria de baterías es ferozmente competitiva, la integración de la industria continúa, el poder La demanda del mercado de baterías se concentrará aún más en las empresas dominantes.
En términos de rutas técnicas, los materiales de cátodos actuales para baterías de energía de iones de litio comerciales son principalmente manganato de litio (LMO), fosfato de hierro y litio (LFP) y materiales ternarios (NMC). Cada material tiene sus propias ventajas y desventajas, y tiene sus propias áreas de aplicación y necesidades de mercado. Entre ellos, las herramientas eléctricas, los HEV y las bicicletas eléctricas son las principales áreas de aplicación de LMO. Los autobuses y taxis de transporte público de nueva energía seguirán estando dominados por LFP. En el futuro, la situación más probable en el campo de las baterías eléctricas será que el fosfato de hierro y litio y los materiales ternarios vayan de la mano.
Estado de desarrollo de los materiales de cátodo de litio ternario
Con la finalización de la nueva capacidad de producción, la batería de energía con material de litio ternario como electrodo positivo ha reemplazado la batería de energía con fosfato de hierro y litio como electrodo positivo en el pasado. Como resultado de tal cambio, el cobalto, que es el material más elástico en el material de litio ternario, ha subido de precio como se menciona en el artículo que mencioné anteriormente. Pero, ¿qué es exactamente el material de litio ternario, qué es NCM, NCA y qué es 111, 532, 622 y 811, y cómo se desarrollará en el futuro? Escúchame lentamente.
Por definición, un material ternario se refiere a un material que consta de tres componentes químicos (elementos), componentes (sustancias y compuestos simples) o partes (partes). En el material de electrodo positivo de una batería de litio, generalmente se refiere a un material que tiene una composición química de LiNixXyCozO2. Donde X es Mn es NCM y X es Al, que significa NCA. Los llamados 111, 523, 622 y 811 se refieren a la relación de los tres números x, y, z en el material NCM. Por ejemplo, x: y: z en 622 es igual a 6: 2: 2 y su composición química es LiNi0. .6Mn0.2Co0.2O2. De hecho, desde la perspectiva de la microestructura de los materiales, NCA y NCM son muy similares, por lo que tienen muchas subespecies de diferentes proporciones de elementos similares a NCM, pero LiNi0.8Al0, que actualmente usa Panasonic, es actualmente el más Fabricación a escala industrial. 05Co0.15O2, por lo que el NCA final se convirtió en una referencia especial a él.
Se puede ver que los llamados materiales ternarios en realidad se refieren a una gran clase de materiales, entonces vendrá el problema. ¿Cuál de ellos es la dirección de desarrollo futuro? De los informes de vendedores populares actuales, todos La expectativa de desarrollo de NCM es relativamente consistente, el primero es 111, seguido de 532, y luego hay muchas empresas líderes 622 hasta el 622, el futuro se convertirá en 811. Esta tendencia se debe a la hecho de que Ni y Co son los principales materiales activos en el material NCM, y Mn solo se agrega para mantener la estabilidad del material durante la carga y descarga, en las que la movilidad de los iones de litio es débil, en comparación con el Ni. El voltaje de Co es mayor y la capacidad es mayor. Por lo tanto, para aumentar continuamente la capacidad específica del material, la tendencia de desarrollo es inevitablemente hacia más y más Ni, y la dirección del Mn está disminuyendo, por lo que naturalmente es de 111 a 523 a 622, finalmente a 811 (como se muestra en la Tabla 1).
Tabla 1. Capacidad específica de varios materiales NCM
Fuente: "Tendencia de desarrollo de materiales catódicos para baterías de iones de litio de alta densidad energética"
Pero para el futuro NCM o NCA, las opiniones en estos informes son bastante diferentes. Sin embargo, si está equivocado o no, incluso la industria es difícil de sacar una conclusión consistente. De hecho, NCA y NCM son dos materiales de cátodo de electrodo de litio muy similares, todos desarrollados a partir de óxido de cobalto de litio, donde Ni y Co son los principales átomos electroactivos, Al y Mn, que solo funcionan para estabilizar la estructura del material. Por lo tanto, ya sea NCM o NCA, quién es la clave en el futuro depende de quién tenga un mayor contenido de Ni después de la aplicación industrial. No hay diferencia entre las dos rutas técnicas. Incluso NCM puede tener una mejor estabilidad debido a Mn, la ventaja de la seguridad.
Fuente: batería de litio de alta tecnología
Sin embargo, en lo que respecta a la situación actual, el contenido de Ni del material de electrodo positivo NCA en la aplicación industrializada de la batería Tesla ha alcanzado el 80%, y la última variedad experimental de Sumitomo ha superado el 85%, mientras que el NCM puede ser superior a NCA. El próximo 811 aún está lejos de ser industrializado. Se puede ver que el mercado de la batería de litio de mayor capacidad será principalmente la ruta NCA durante un período de tiempo. Sin embargo, debido al atraso de la tecnología de fabricación de NCA y la cadena de suministro, es difícil producir una capacidad de batería de NCA a gran escala a corto plazo. Si queremos competir con Japón y Corea del Sur, me temo que solo se puede colocar en la empresa líder en tecnología nacional en 811.
Afortunadamente, se han superado las dificultades técnicas del 622. Cuando las empresas de materiales de electrodos positivos como Shengsheng y Shanshan tienen la capacidad de suministrar 622 materiales, las empresas centrales nacionales como Guoxuan y CATL ya se han dado cuenta de la aplicación industrial de 622 baterías. Entonces, en el futuro, uno o dos años después, no es del todo imposible dejar que el 811 entre en el automóvil. Por lo tanto, para los inversores que están profundamente involucrados en este campo, en el contexto del exceso de capacidad estructural y el objetivo de lograr una densidad de energía de 300Wh / kg en 2020, es particularmente importante encontrar un objetivo de inversión de este tipo con el potencial de realizar tecnologías de industrialización 811. .
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