Historia, situación actual y futuro del mercado mundial de baterías de litio
Las pilas de litio, baterías recargables portátiles y potentes, han cambiado la vida de las personas, creando un nuevo mundo recargable y haciendo posible la construcción de una sociedad libre de combustibles fósiles. Este artículo le ofrecerá una introducción detallada sobre la historia, la situación actual y el futuro de las pilas de litio en el mundo. mercado de las baterías de litio.
Historia del desarrollo de la batería de litio nº 1 del mundo
En 1991, SONY y Asahi Kasei lanzaron conjuntamente el primer aparato comercial del mundo batería de iones de litioy logró con éxito la producción en serie. Gracias a su ventaja tecnológica e industrial, Japón lideró el mundo de las baterías de iones de litio en su fase inicial. Hoy, China se ha convertido en el número uno mundial de esta industria. ¿Qué viaje ha recorrido China?
China no llega tarde a la investigación de baterías de iones de litio, casi al mismo ritmo que el mundo. Ya en 1995, el Instituto de Física de la Academia China de Ciencias desarrolló la primera batería de iones de litio de China.
El académico Chen Liquan ha industrializado con éxito la investigación sobre materiales para baterías de litio, un tema antes marginado y descuidado, en sólo diez años, resolvió los problemas científicos, técnicos y de ingeniería de la producción a gran escala de baterías de iones de litio en China.
Al mismo tiempo, gracias al auge de la electrónica de consumo en los años 90, las baterías de iones de litio chinas crecieron a la par que la aparición de los cuatro gigantes, a saber, Lishen, BYD, Bak y ATL. Desde 2005, China y Corea del Sur han ido alcanzando a Japón. En 2014, la tecnología de las baterías de litio de China alcanzó el nivel avanzado mundial, superando a Japón y Corea del Sur en producción y ocupando el primer puesto mundial hasta la fecha.
La iniciativa de la "China eléctrica", basada en baterías de iones de litio, está ayudando al país a desprenderse de los combustibles fósiles. Además, en la actualidad, las materias primas utilizadas en el mercado chino de baterías de litio proceden básicamente de China, y la cantidad de importaciones es bastante reducida. Al mismo tiempo, la mayor parte del equipo de producción también se fabrica en China, y la tecnología también se cultiva de forma independiente.
La importancia del mercado de las pilas de litio
De hecho, las baterías de iones de litio han cambiado el mundo, y el mayor cambio ha sido aportar mucha comodidad a nuestra vida cotidiana. Desde la electrónica de consumo, como los smartphones y los portátiles, hasta los coches eléctricos y los grandes dispositivos de almacenamiento de energía, como la eólica y la solar, las baterías de litio se han convertido en una fuente de energía indispensable para nuestras vidas.
Las baterías de iones de litio se utilizan cada año en miles de millones de teléfonos móviles, ordenadores portátiles y otros aparatos electrónicos, en millones de vehículos de nueva energía y en todos los dispositivos portátiles del planeta que necesitan recargarse.
Además, a medida que se acerca la revolución de los vehículos de nueva energía y se crean más dispositivos móviles, el mercado de las pilas de litio tendrá un futuro prometedor. Por ejemplo, sólo el valor de producción anual de la pila de litio ha alcanzado los 200.000 millones, y el futuro puede cifrarse en un billón.
Por otra parte, las baterías de iones de litio están estrechamente relacionadas con las cuestiones energéticas. En comparación con los combustibles tradicionales, las baterías de litio son ecológicas, limpias y no contaminan, y pueden reutilizarse, lo que puede ayudarnos a construir una sociedad sin combustibles fósiles en el futuro y a muchos países a librarse de su dependencia de los combustibles fósiles.
Si no hay una nueva tecnología en el futuro, el mercado de las baterías de iones de litio seguirá prosperando durante décadas. Puede decirse que quien posea la tecnología de base de la batería de litio tendrá ventaja en el desarrollo futuro.
Situación actual del mercado mundial de baterías de litio
Segmentación del mercado mundial de baterías de litio
Se espera que aumente la cuota de mercado de las pilas de litio eléctricas y de almacenamiento de energía. Los segmentos del mercado de baterías de litio son principalmente las baterías de litio de potencia, las baterías de litio de almacenamiento de energía y las baterías de litio de consumo.
Entre ellos, los campos de aplicación de las baterías de potencia son principalmente los vehículos de nueva energía, los campos de aplicación de las baterías de almacenamiento de energía son principalmente los sistemas de energía, y los campos de aplicación de las baterías de consumo son principalmente los teléfonos móviles y otros aparatos electrónicos de consumo.
Desde el punto de vista de la producción del mercado mundial de baterías de litio, las baterías de litio de potencia ocupan la mayor parte de la producción, alcanzando las 70,8%, seguidas de las baterías de litio de consumo, cuya cuota de mercado es de 22,2%, y la cuota de mercado de las baterías de almacenamiento de energía es la menor, con 7%.
Con la propuesta de la estrategia "pico de carbono" en todos los países del mundo, las empresas globales han desplegado la batería de potencia y la línea de producción de baterías de almacenamiento de energía, el auge del desarrollo de vehículos de nueva energía y el mercado de almacenamiento de energía se espera que promueva la cuota de mercado de la batería de litio de potencia y la batería de litio de almacenamiento de energía para mejorar aún más.
Distribución regional del mercado mundial de baterías de litio
China representa 77%, y la expansión se está acelerando en Europa. En términos de capacidad, China dominó el mercado mundial de fabricación de baterías de iones de litio en 2020, con cerca del 77% de la capacidad mundial de baterías de iones de litio, seguida de Estados Unidos con cerca del 9%, según datos públicos.
Aunque se prevé que China siga siendo el país líder en el mercado de fabricación de baterías de litio en 2025, se espera que Europa se convierta en el segundo productor mundial de baterías de litio en 2025, con unas 25% de la capacidad mundial, ya que las inversiones previstas en instalaciones de fabricación ampliarán significativamente su capacidad.
Patrón de competencia de las empresas en el mercado mundial de baterías de litio
LG Chem, Panasonic y CATL ocupan una cuota de mercado de 70%.De enero a agosto de 2020, LG Chem se convirtió en el primer fabricante mundial de baterías de iones de litio, con una cuota de mercado de 26,5%. CATL ocupó el segundo lugar con una cuota de mercado de alrededor del 25,8%, seguido de Panasonic con una cuota de mercado de alrededor del 20,6%.
Entre los cinco primeros fabricantes de baterías de ión-litio, dos de ellas son empresas chinas, CATL y BYD, que ocupan el segundo y cuarto puesto en el mercado mundial de baterías de litio, con una cuota de mercado conjunta del 32%.
Situación de la oferta en el mercado mundial de baterías de litio
El número de fábricas de baterías crece rápidamente.En 2020, había 181 plantas de iones de litio en diversas etapas de planificación y construcción en todo el mundo. A pesar de la pandemia de COVID-19, la expansión mundial de las plantas de iones de litio en 2020 todavía aumentó en más de 50% en comparación con el año anterior.
De las 181 plantas en construcción o previstas para 2020, 136 están en China, la mayoría de ellas las mayores plantas de iones de litio del mercado mundial de baterías de litio. Si le interesa, puede conocer las 100 principales fabricantes de baterías de iones de litio en China.
Demanda mundial de baterías de litio
El tamaño del mercado se duplicará en 2025.Según Research and Markets, el mercado mundial de baterías de iones de litio tiene un valor aproximado de $40.500 millones en 2020, y se espera que crezca un 14,6% en 2026 hasta alcanzar casi $92.000 millones, más del doble del tamaño del mercado en 2020.
Problemas actuales del mercado de las pilas de litio
El problema del kilometraje es que la densidad energética actual de las baterías de iones de litio no es lo suficientemente alta, y el kilometraje es de unos 100 o 200 kilómetros con una sola carga.
Tras décadas de desarrollo, la densidad energética de la batería de iones de litio se ha ralentizado y se ha acercado gradualmente al límite teórico. Al mismo tiempo, el rápido desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento y generación de energía, como las baterías de estado sólido, las baterías de iones de sodio, las baterías de litio-azufre y las pilas de combustible, ha empezado a ofrecer más opciones para diversos escenarios de aplicación.
En el mercado de las pilas de iones de litio hay cuatro tipos principales de materiales catódicos: cobalato de litio (LiCoO2), materiales ternarios (Li(NiCoMn)O2), fosfato de hierro y litio (LiFePO4) y óxido de manganeso y litio (LiMn2O4).
La densidad energética real del fosfato de litio y hierro y del óxido de litio y manganeso se acerca al límite teórico, mientras que el óxido de litio y cobalto y los materiales ternarios aún tienen margen de desarrollo.
El límite teórico de capacidad del cobalato de litio y los materiales ternarios es de 274 mAh/g, y el nivel más alto se ha alcanzado con 205 mAh/g y 210 mAh/g respectivamente. Mediante la optimización, como el desarrollo de materiales ternarios con alto contenido en níquel, bajo en cobalto o sin cobalto, se puede mejorar aún más el rendimiento y reducir los costes.
Los materiales de los ánodos también tienen margen de crecimiento. El ánodo de grafito se utiliza comúnmente en la actualidad, además del ánodo de silicio, el ánodo de carbono nano silicio. Es bien sabido que la capacidad teórica del ánodo de silicio es muy alta, que puede alcanzar los 4200 mAh/g, pero tiene un gran problema, que tiene una gran expansión de volumen.
Si la expansión de volumen puede controlarse adecuadamente, el ánodo de silicio seguirá desarrollándose y obtendrá más aplicaciones prácticas.
Además, si el desarrollo del ánodo contiene litio, entonces el cátodo no puede contener litio, la elección de los materiales del cátodo será más amplia, y puede crear un nuevo espacio para el desarrollo.
Dirección futura del mercado de baterías de litio
En la actualidad, la batería de iones de litio se enfrenta a muchos retos prácticos, de vez en cuando se producen accidentes de seguridad, la capacidad de resistencia es limitada y la densidad de energía ha alcanzado el límite superior.
¿Cuál es la dirección futura del mercado de las pilas de litio? Frente a la batería de estado sólido, la batería de iones de sodio, la pila de combustible de hidrógeno y oxígeno y otras nuevas fuerzas, ¿quién será la batería definitiva en el futuro?
En la actualidad, la principal dirección de desarrollo de la batería de iones de litio es mejorar la capacidad de los materiales del ánodo y el cátodo y mejorar el rendimiento global de la batería. Entre ellos, el cátodo de alta capacidad, que determina la capacidad de la batería y otras prestaciones, es el núcleo, y la tecnología de preparación del ánodo, el electrolito y la batería es la clave.
El desarrollo ulterior puede llevarse a cabo a tres niveles: primero, mejora continua de los materiales existentes; segundo, descubrimiento constante de nuevos materiales; tercero, pueden desarrollarse nuevos sistemas, pasando de las pilas líquidas tradicionales a las semisólidas, sólidas e incluso a otros sistemas de pilas.
En concreto, hay que resolver los cinco problemas siguientes. En primer lugar, la expansión del ánodo de silicio. La expansión del ánodo de silicio durante el ciclo provocará el aumento de la precarga del módulo durante el ciclo de vida de la batería.
Si la precarga acaba superando la resistencia de diseño del módulo, traerá consecuencias desastrosas para el producto, algo que no esperan ni los fabricantes de ev ni los fabricantes de baterías.
El segundo es la seguridad del sistema ternario de alto contenido en níquel. Los materiales con alto contenido en níquel tienen una gran densidad energética y amplias propiedades, pero no son tan estables como el fosfato de hierro y litio o los materiales ternarios con bajo contenido en níquel, y su seguridad es un reto importante que debe resolverse urgentemente.
Pero, en esencia, el problema de seguridad se debe a la reacción química entre el electrolito líquido y los materiales del ánodo, que conduce al desbordamiento térmico. Por lo tanto, para resolver el problema de seguridad, la clave radica en la mejora del electrolito, desarrollar gradualmente al electrolito sólido.
En tercer lugar, supone un nuevo avance en la tecnología del fosfato de hierro y litio. En el pasado, mucha gente pensaba que el rendimiento del fosfato de hierro y litio no era lo suficientemente alto, pero como material de cátodo sin cobalto, el fosfato de hierro y litio tiene las ventajas de su bajo coste, alta seguridad y larga vida útil, y su desarrollo no ha llegado al límite, por lo que recientemente ha vuelto a captar la atención de todo el mercado de baterías de litio.
La empresa china Guoxuan High-tech también ha desarrollado fosfato de hierro y litio desde su creación en 2006. En la actualidad, ha superado el nivel técnico de 200 Wh/kg de monocelda de litio hierro, y sigue explorando nuevas mejoras.
En cuarto lugar, el electrolito de capa de temperatura amplia puede suponer un gran avance. En la práctica, algunas baterías deben poder utilizarse en una amplia gama de ámbitos, lo que requiere un excelente rendimiento en el rango de -40℃ a 80℃, en lugar de ser aptas únicamente para bajas temperaturas. Todavía hay mucho margen de mejora de los sistemas de electrolitos a disolventes.
Por último, es necesario optimizar los materiales auxiliares de la batería. Además de los cuatro materiales principales, cátodo, electrolito y diafragma, la tecnología de recogida de fluidos, agentes conductores, aglutinantes y otros materiales auxiliares es también muy importante para el avance del rendimiento general de la batería.
