Aktuelle Marktsituation und Ausblick auf Lithium-Elektromaterialien, wie lange wird es dauern, bis 500 WH / kg erreicht sind?

Dank der Entwicklung neuer Energiefahrzeuge stehen Leistungsbatterien im Wind der Hochgeschwindigkeitsentwicklung, und die Entwicklung neuer Energiefahrzeuge hat auch höhere Anforderungen an die Leistung von Leistungsbatterien gestellt. Der Aktionsplan für die Entwicklung der Autobatterieindustrie wird im "Aktionsplan für die Entwicklung der Autobatterieindustrie" vorgeschlagen. Bis 2020 beträgt das Verhältnis des neuen Lithium-Ionen-Batteriemonomers zur Energie mehr als 300 W / kg. Bis 2025 wird das Verhältnis des Leistungszellenmonomers zur Energie des neuen Systems 500 W / kg erreichen.

Unter dem doppelten Antrieb von Politik und Markt müssen sich Leistungsbatterien in Richtung einer hohen Energiedichte, einer hohen Zyklusleistung und einer hohen Sicherheitsleistung entwickeln. Dies erfordert, dass Forschungseinrichtungen und Unternehmen Verbesserungen bei positiven, negativen und Elektrolytmaterialien vornehmen. Festkörperbatterien, negative Siliziumelektroden, ternäre Materialien mit hohem Nickelgehalt und lithiumreiche Mangan-positive Pole gelten als die von den Unternehmen in den letzten Jahren entwickelten Haupttechnologierouten.

Lithiumreiche Mangan-Positivelektrode: Ideales Material mit geringem Edelmetallgehalt

Das technische Ziel der Monomerbatterie besteht im Jahr 2025 darin, 400 Wh / kg Energie zu erreichen. Die Entwicklung neuer, effizienterer und energieeffizienter positiver polarer Materialien zur Überwindung und Ersetzung bestehender defekter positiver polarer Materialien ist zu einem heißen Forschungsthema geworden. Unter den bekannten positiven Elektrodenmaterialien beträgt die Entladungskapazität von lithiumreichen Mangan-positiven Elektrodenmaterialien mehr als 250 mAN / g, was fast der doppelten tatsächlichen Kapazität von kommerziellen positiven Elektrodenmaterialien entspricht. Gleichzeitig wird diese Art von Material von billigerem Mangan dominiert und der Edelmetallgehalt ist gering. Verglichen mit den üblicherweise verwendeten ternären positiven Elektrodenmaterialien aus Lithiumkobaltsäure und Nickelkobaltmangan ist es nicht nur kostengünstig, sondern auch sicher. Daher gelten lithiumreiche Mangan-Positivelektrodenmaterialien als ideale Materialien für die nächste Generation lithiumbetriebener Batterien.

Wie lange dauert es, bis 500 Wh / kg erreicht sind? Überblick über den Entwicklungstrend von Lithiumbatteriematerialien

Viele Unternehmen, darunter Dangsheng Technology, Jiangte Electric und AVIC Lithium, verstärken die Forschung und Entwicklung von positiven Elektrodenmaterialien auf Lithium-Mangan-Basis. Das Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften verbesserte die Spannungsdämpfung des positiven Zyklus von lithiumreichem Mangan und erreichte das Ziel der Spannungsdämpfung innerhalb von 2 Zoll nach 100 Wochen, wobei signifikante Fortschritte erzielt wurden. Das Team der Universität Peking entwickelte erstmals eine lithiumreiche positive Elektrode auf Manganbasis mit einer Kapazität von 400 mAh / g, mit der ein Ziel von 400 W / kg erreicht werden kann.

Gegenwärtig weist die vollständige Anwendung einer lithiumreichen positiven Elektrode auf Manganbasis immer noch technische Probleme auf, wie z. B. die Verringerung des ersten irreversiblen Kapazitätsverlusts, die Verbesserung der Verhältnisleistung und der Zykluslebensdauer und die Unterdrückung der Spannungsdämpfung des Zyklusprozesses.

Ternäres Material mit hohem Nickelgehalt: 2018 ist das erste Entwicklungsjahr

Laut der Startpunktstudie wird die Produktion von Nickel-Kobalt-Mangan im Jahr 2018 47 GWh erreichen, was einem Anstieg von 32 Grad gegenüber dem Vorjahr entspricht, während die Produktion von Lithium-Kobalt-Säure nur 19 GWh betragen wird, was nur 5 Grad mehr ist als zuletzt Jahr. Aufgrund der Kobaltknappheit und des kontinuierlichen Anstiegs der Kobaltpreise haben die Batterieunternehmen den hohen Nickelgehalt ternärer Materialien aktiv gefördert. Durch die Reduzierung des Kobaltanteils in Batterien zur Kostensenkung beträgt der Kobaltgehalt von NCM811 nur 6,06.

Nickel-Kobalt-Mangan-Material weist eine hohe Energiedichte, eine stabile elektrochemische Leistung und Vorteile wie hohe Kapazität und niedrige Kosten auf. In Zukunft wird es schrittweise lithiumeisenphosphat und gewöhnliche ternäre Batterien ersetzen. Derzeit haben Unternehmen wie Sheng Technology, Sugiyama und Beiterui bereits die Massenproduktionsbedingungen von NCM811 erreicht, und 2018 gilt als das erste Jahr der Entwicklung ternärer Materialien mit hohem Nickelgehalt.

Feste Batterie: Festes Material, das Membran und Elektrolyt ersetzt

Vollfeste Batterien sind in Industrie und Wissenschaft als eine der Hauptrichtungen für die nächste Phase der Batterieentwicklung anerkannt.

Wie lange dauert es, bis 500 Wh / kg erreicht sind? Überblick über den Entwicklungstrend von Lithiumbatteriematerialien

Einerseits ist die Vollbatterietechnologie die einzige Möglichkeit für Batterien, Miniatur- und Dünnfilme zu erstellen. Das Volumen der Membran und des Elektrolyten zusammen macht fast 40 Zoll Batterievolumen aus. Wenn die Membran und der Elektrolyt durch feste Materialien ersetzt werden, kann der Abstand zwischen dem positiven und dem negativen Pol auf einige Mikrometer verkürzt und die Batteriedicke stark verringert werden.

Andererseits wurde im Vergleich zu allgemeinen Lithiumbatterien die Energiedichte von Vollfestbatterien stark erhöht und erreichte 300-400 Wh / kg, während lithium-ionen-batterien im Allgemeinen 100 bis 220 Wh / kg betragen. Die hohe Sicherheit ist auch einer der wichtigsten Antriebsfaktoren für die Entwicklung von Vollbatterien. Unter Sicherheitsgesichtspunkten sind herkömmliche Lithiumbatterie-Elektrolyte organische Flüssigkeiten, die oxidieren und sich zersetzen, um bei hohen Temperaturen Gase zu erzeugen, die zur Verbrennung neigen und die Unsicherheit stark erhöhen. Wenn feste Materialien anstelle von Elektrolyten verwendet werden, ist die Sicherheitsleistung der Batterie gleich stark verbessert.

Derzeit kann die vom Qingdao Energy Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte Polymer-Festkörperbatterie eine Energiedichte von 300 Wh / kg erreichen. Die vom Ningbo Institute of Materials der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte anorganische Festkörper-Lithiumbatterie hat eine Energiedichte von 240 Wh / kg. Darüber hinaus kooperiert die Agentur mit der Lithiumindustrie. Förderung der Industrialisierung. Das Produkt ist für die Massenproduktion im Jahr 2019 geplant. Innerhalb der Branche haben führende Unternehmen wie Toyota, Panasonic, Samsung, Mitsubishi und Ningde in Forschung und Entwicklung sowie den Einsatz von Festkörperbatterien investiert.

Festkörperbatterien sind zweifellos eine der gängigen Technologierouten der Zukunft, aber es gibt immer noch Probleme wie hohe Kosten, komplexe Vorbereitungsprozesse und unzureichende Technologie. Es ist auch dringend erforderlich, die Probleme wie niedrige Multiplikatorleistung, großer Innenwiderstand, großer Druckabfall bei hoher Multiplikatorentladung und unrealistisches Laden zu lösen. Es gibt noch einen Weg, um eine groß angelegte Kommerzialisierung zu erreichen.

Silizium-negativ: Noch zwei oder drei Jahre

Silikon-Kohlenstoff-Material ist derzeit das am meisten kommerzialisierte neue negative Elektrodenmaterial mit hoher Energiedichte. SPIR geht davon aus, dass die Silizium-Kohlenstoff-Materialindustrie in der zweiten Hälfte des Jahres 2018 und auch in den nächsten zwei bis drei Jahren wirklich mit der großen Phase des negativen Elektrodenmaterials für Lithiumbatterien beginnen wird. Wird eine große Explosion einleiten, hat die Branche eine glänzende Zukunft.

Wie lange dauert es, bis 500 Wh / kg erreicht sind? Überblick über den Entwicklungstrend von Lithiumbatteriematerialien

Die ultrahohe theoretische Energiedichte von Siliziumkohlenstoffverbundwerkstoffen kann die spezifische Kapazität von Monomeren erheblich erhöhen. Darüber hinaus bietet es die Vorteile einer geringen Lithiumspannung und Umweltfreundlichkeit. Es wird als ideales negatives Elektrodenmaterial zum Ersetzen von Graphit angesehen. Mit der Entwicklung neuer Energiefahrzeuge werden höhere Anforderungen an die spezifische Energie von Kraftzellen gestellt. In Zukunft wird Graphit schrittweise durch Silizium-Negativelektrodenmaterialien ersetzt.

Ab Dezember 2017 erhöhen die acht größten Unternehmen für Negativmaterialien in China im Wesentlichen ihre Kapazität zur Erweiterung ihrer Silizium- und Kohlenstoffmaterialien. Außerdem gibt es eine Reihe branchenübergreifender Neueinsteiger, die mit dem Layout von Silizium- und Kohlenstoffnegativmaterialien befasst sind Ihre neue Produktionskapazität wird 2018-2019 sein. Produktionsaufnahme nacheinander. BYD, Ningde-Ära, Guoxuan Gaoke-, Beiterui-, Shanshan-Aktien, lishen, Bic, Wanxiang usw. haben alle mit dem Layout von Silizium-Negativelektrodenmaterialien begonnen.

Obwohl es immer noch Probleme wie hohe Kosten, schwierige Technologie und unvollständige unterstützende Industrie gibt, ist die Aussicht auf eine großtechnische Anwendung immer noch vielversprechend.

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