Situación de la industria de materiales para ánodos de baterías de iones de litio
Diversos materiales para los ánodos y distintos indicadores de rendimiento
Los materiales de los ánodos son una parte importante de las baterías de iones de litio. Las baterías de litio se componen principalmente de cátodos, ánodos, electrolitos y separadores. El material del ánodo influye principalmente en la capacidad, la eficiencia inicial, el rendimiento del ciclo y la vida útil. densidad energética de la batería de iones de litio.
Como batería de carga rápida, las baterías de iones de litio se basan principalmente en el rápido movimiento de los iones de litio entre el cátodo y el ánodo. Durante el proceso de carga y descarga, los iones de litio se intercalan y desintercalan entre los dos electrodos.
El material del ánodo se fabrica mezclando el material activo del ánodo, el aglutinante y los aditivos, y se extiende uniformemente por ambas caras de la lámina de cobre en forma de pasta, y se forma mediante secado y laminado.
Los materiales del ánodo de las baterías de iones de litio suponen entre 51 y 151 T3T del coste de las baterías. En la célula NCM811, el material del ánodo supone unos 7,85% del coste de la célula; en la batería de hierro-litio, el material del ánodo supone unos 6,07% del coste de la célula.
Los materiales de los ánodos de las baterías de iones de litio se dividen principalmente en dos categorías: materiales de carbono y materiales sin carbono. Con el avance de la tecnología, en la actualidad, el ánodo de la batería de iones de litio ha pasado de un único grafito artificial a la coexistencia de múltiples materiales de ánodo de batería de iones de litio.
Los materiales para ánodos de baterías de iones de litio pueden dividirse principalmente en dos categorías: materiales de carbono y materiales distintos del carbono. Los materiales de carbono incluyen principalmente grafito, grafeno y amorfo; los materiales distintos del carbono incluyen principalmente materiales a base de estaño, materiales a base de titanio, materiales activos de nitrógeno y materiales a base de silicio.
Existen varios indicadores de rendimiento para los materiales anódicos. En comparación con otros materiales para baterías de litio, las dimensiones de evaluación del rendimiento de los materiales anódicos son más diversas. Los indicadores que reflejan el rendimiento de los materiales de ánodo incluyen principalmente la capacidad específica, la eficiencia inicial, la vida útil del ciclo, el rendimiento de la tasa, la densidad de compactación, la densidad de toma, la densidad real, la superficie específica, etc.
La capacidad específica se refiere a la cantidad de electricidad que puede liberar una unidad de masa de material activo; la primera eficiencia se refiere a la primera eficiencia de descarga, que se calcula dividiendo la capacidad de descarga del primer ciclo de carga-descarga por la capacidad de carga; el rendimiento de la tasa es una medida de la capacidad de carga-descarga de la batería. un indicador;
La superficie específica se refiere a la superficie de un objeto por unidad de masa, que es un factor importante que afecta al rendimiento de la tasa; la densidad de compactación se refiere a la densidad de los materiales activos del ánodo y los aglutinantes convertidos en piezas de polo después de la laminación, que afecta a la capacidad específica. Factor clave;
La densidad del grifo es la densidad que depende de la vibración para hacer que el polvo muestre una forma de empaquetamiento relativamente apretada; el ciclo de vida del ciclo tiene una correlación catódica con la expansión, y la expansión del ánodo conducirá a un rendimiento deficiente del ciclo.
Desde el punto de vista de los indicadores de rendimiento específicos, la capacidad específica teórica de los materiales compuestos de silicio-carbono es actualmente la mayor, pudiendo superar los 1.000 mAh/g, y la capacidad específica del carbono duro en los materiales de carbono es también relativamente alta;
En cuanto a la primera eficiencia, el material sin carbono titanato de litio puede alcanzar 99%, que está cerca del límite teórico, y tanto el grafito natural como el grafito artificial pueden alcanzar más de 90%, mientras que la primera eficiencia del material compuesto de silicio-carbono es relativamente baja;
En cuanto al ciclo de vida, los materiales de carbono superan básicamente las 1.000 veces. Entre los materiales que no son de carbono, el titanato de litio tiene el mayor rendimiento de ciclo de 30.000 veces, mientras que los materiales compuestos de silicio-carbono sólo están entre 300-500 veces.
En términos de seguridad, los materiales de carbono se sitúan básicamente en el nivel medio, el titanato de litio tiene la mejor seguridad entre los materiales que no son de carbono, y los materiales de ánodos de baterías de iones de litio a base de silicio son deficientes;
En términos de carga rápida, el titanato de litio sigue ofreciendo buenos resultados. En general, los distintos materiales tienen sus propias ventajas, y es difícil tener en cuenta los distintos indicadores de rendimiento. El grafito artificial y el grafito natural de los materiales de carbono tienen un rendimiento global excelente.
La capacidad específica del titanato de litio de materiales sin carbono es pobre, y otras ventajas de rendimiento son evidentes; mientras que la capacidad específica teórica de los materiales compuestos a base de silicio tiene ventajas absolutas, y otras propiedades aún deben mejorarse.
Los materiales a base de grafito tienen un alto rendimiento integral de costes, y los materiales a base de silicio tienen un gran potencial de aplicación. En la actualidad, el grafito artificial y el grafito natural en materiales de carbono son los principales materiales para ánodos de baterías de iones de litio del mercado.
En comparación con otros tipos de baterías de litio, las de grafito tienen una tecnología y unos procesos de apoyo más maduros, y cuentan con una amplia gama de fuentes de materias primas, precios bajos y ventajas en la rentabilidad global. Son los materiales de moda en la actualidad.
Sin embargo, con la mejora de la demanda de rendimiento de las baterías de litio, también han empezado a aparecer las desventajas de los materiales de grafito, y la capacidad específica se ha convertido en su tabla corta, y la capacidad específica del grafito natural ha alcanzado básicamente el límite superior teórico.
En este contexto, han surgido materiales para ánodos de baterías de iones de litio a base de silicio con una capacidad en gramos muy superior a la de otros materiales, y los materiales a base de silicio también se consideran materiales para ánodos de baterías de iones de litio con un gran potencial de aplicación en el futuro debido a su capacidad específica superior.
Sin embargo, durante el proceso de carga y descarga de las baterías de litio, el volumen de silicio cambia mucho, lo que provoca la pulverización del material, el aumento de la resistencia interna, la pérdida de contacto eléctrico y el rápido deterioro de la capacidad, y el nuevo material del ánodo tiene ciertos problemas de compatibilidad con otros materiales de las baterías de litio. Todavía existen algunos obstáculos para su aplicación a gran escala.
La electrificación impulsa la expansión de la demanda
Aparecen las ventajas de las empresas líderes chinas
Japón tomó la delantera en la realización de la comercialización de baterías de litio y fue el líder mundial en la fase inicial de los ánodos.
Japón es el primer país en realizar la comercialización de baterías de litio. Antes de 2000, la cuota mundial de las empresas japonesas en el mercado de ánodos alcanzó más de 90%, lo que le convirtió en el líder mundial en los primeros tiempos de los ánodos.
Sin embargo, desde la década de 1990 en China, la industria de ánodos para baterías de iones de litio ha comenzado a despegar y ha experimentado un desarrollo vertiginoso, haciendo realidad la sustitución de las importaciones de materiales para ánodos de baterías de iones de litio.
Los materiales chinos para ánodos de baterías de iones de litio empezaron con microesferas de mesocarbono y fueron sustituyendo gradualmente las importaciones. En cuanto a investigación y desarrollo tecnológico, en 1997, el Instituto de Investigación de Energía Térmica de Anshan desarrolló por primera vez microesferas de mesocarbono y realizó pruebas de producción a pequeña escala;
En 1999, Shanshan Co., Ltd. y el Instituto de Investigación de Energía Térmica de Anshan crearon una empresa conjunta para dedicarse a la investigación y desarrollo, producción y venta de materiales para ánodos de baterías de iones de litio, y realizar la promoción comercial de materiales para ánodos de baterías de iones de litio en China;
En 2001, Shanshan Co. realizó la producción a gran escala de microesferas de mesocarbono y comenzó a sustituirla por la localización, sustituyendo a Japón como principal proveedor nacional de microesferas de mesocarbono.
En los diez años de desarrollo a saltos de la industria de las baterías de litio, han surgido empresas chinas. De 2001 a 2010, fue la etapa de desarrollo a saltos de la industria china de ánodos de baterías de iones de litio.
Durante este periodo, el campo digital 3C empezó a utilizar baterías de litio para el suministro de energía a gran escala. Las microesferas de mesocarbono se vieron limitadas por su baja capacidad específica y su elevado precio, y se retiraron gradualmente de los escenarios de aplicación general, sustituidas por materiales de grafeno con una capacidad específica y un coste superiores.
En 2003, Bertray desarrolló con éxito el grafito esférico con grafito de escamas naturales como materia prima y realizó la industrialización, y completó la modificación del grafito natural. Mediante la innovación continua y la mejora de los procesos, la capacidad específica del material de grafito natural de Betri ha alcanzado los 360 mAh/g, y el nivel de rendimiento es líder a nivel internacional.
En 2005, Shanshan desarrolló con éxito un nuevo tipo de material de grafito artificial y se convirtió en una empresa líder en el campo del grafito artificial en China. En 2010, los envíos de material anódico de Bettary ocupaban el primer lugar en el mundo y se convirtió en una empresa líder en el campo del grafito natural global.
El mercado de baterías de litio de consumo ha entrado en una fase de madurez, y los vehículos de nueva energía han traído nuevas oportunidades para las baterías de litio de potencia. Después de 2011, el mercado digital tradicional 3C ha entrado gradualmente en una etapa de madurez, y la tasa de crecimiento de la demanda de baterías de litio digitales se ha ralentizado, pero el rápido desarrollo de los vehículos de nueva energía ha traído nuevas oportunidades de desarrollo para la industria de las baterías de litio.
En esta fase, Jiangxi Zichen se ha convertido en una nueva estrella del sector, apoyándose en los productos de las series FSN-1 y G1 para lograr avances en el grafito artificial de gama alta y alcanzar un rápido desarrollo. Los materiales para ánodos se utilizan ampliamente en el mercado de las baterías de litio por su madurez tecnológica y sus amplias ventajas de rendimiento.
Las empresas chinas aceleran la oferta mundial y tienen evidentes ventajas competitivas. A juzgar por el actual patrón de competencia mundial, las empresas chinas tienen una cuota de mercado relativamente alta. Las únicas empresas importantes de ánodos de otros países son las surcoreanas Posco, Hitachi Chemical y Mitsubishi Chemical, mientras que entre las chinas figuran Bettray, Ningbo Shanshan, Jiangxi Zichen y Dongguan Kaijin, entre otras muchas.
Según las estadísticas, la producción mundial de materiales para ánodos de baterías de iones de litio en 2020 será de 530.000 toneladas, y la producción de China será de 365.000 toneladas, lo que representa 69% del total; de 92%.
Teniendo en cuenta el elevado consumo de energía y las características tecnológicamente intensivas de la producción de material para ánodos de baterías de iones de litio, el ritmo de expansión de la producción en otros países es significativamente más lento que el de China. Se espera que la cuota de mercado de las empresas chinas siga aumentando en el futuro, y las empresas chinas tienen ventajas evidentes.
La demanda sigue creciendo
Las principales áreas de aplicación de las baterías de litio son las baterías eléctricas, las baterías digitales 3C y las baterías de almacenamiento de energía.
Entre ellas, la batería eléctrica es un importante polo de crecimiento de la futura demanda de baterías de litio. Aprovechando el impulso de los vehículos de nueva energía, la batería de potencia está entrando en una fase de desarrollo acelerado. Con el apoyo de las políticas de varios países, el crecimiento de la demanda de baterías de litio de potencia es relativamente seguro, y hay margen para un crecimiento futuro. amplio;
El mercado digital 3C tradicional ha entrado en una fase de madurez, y el mercado tiende a saturarse. La futura demanda de baterías digitales procederá principalmente de los dispositivos domésticos inteligentes y los dispositivos wearables. La ola de sustitución 5G también constituirá un cierto apoyo para la demanda de baterías digitales.
El almacenamiento de energía es el campo del océano azul de las baterías de litio, que se espera que aporte un enorme mercado a la demanda de baterías de litio.
Con el rápido crecimiento de la demanda descendente, el tamaño del mercado de materiales de ánodo de batería de iones de litio continúa expandiéndose. De 2015 a 2020, los envíos de materiales de ánodo de batería de iones de litio de China aumentaron de 72,800 toneladas a 365,000 toneladas, con una tasa de crecimiento compuesto de 5 años de 38.05%.
La escala del mercado chino de materiales para ánodos de baterías de iones de litio ha crecido de 3.000 millones de yuanes a 14.800 millones de yuanes, con una tasa de crecimiento anual compuesto de 5 años de 37,6%. En 2021, beneficiándose del rápido crecimiento del mercado descendente de baterías de litio, los envíos de material para ánodos de baterías de iones de litio de China serán de 720.000 toneladas, con un aumento interanual de 97%.
El ritmo de crecimiento del mercado digital tradicional 3C se ha ralentizado, y las aplicaciones 5G han aumentado el consumo de baterías de consumo.
Las pilas de litio de consumo son un importante sector de aplicación de las pilas de litio. Gracias a la popularización de las herramientas de comunicación y al rápido desarrollo de productos inteligentes, el tamaño del mercado de las pilas de litio de consumo sigue creciendo.
Sin embargo, el mercado digital tradicional 3C ha entrado en una fase de madurez, y el ritmo de crecimiento de los productos se ha ralentizado. Según los datos, desde 2013, la tasa de crecimiento de las ventas mundiales de teléfonos inteligentes se ha ralentizado. En 2020, el volumen de ventas se reducirá en 12,5%, y continuará el crecimiento del ánodo; 5,42%.
La saturación de la demanda del mercado de teléfonos inteligentes de China es más lenta que la del mercado mundial, pero desde 2016, los envíos de teléfonos inteligentes han disminuido año tras año.
En el futuro, se espera que la ola de sustitución de teléfonos 5G constituya un cierto apoyo para el mercado de los smartphones. Según los datos, se espera que el volumen de ventas de teléfonos móviles 5G alcance los 416 millones de unidades en 2030, lo que supone un 28,1%.
Los wearables y los dispositivos domésticos inteligentes aportan una demanda incremental. De 2018 a 2020, los envíos mundiales de dispositivos wearables fueron de 186 millones de unidades, 337 millones de unidades y 445 millones de unidades, respectivamente, con una CAGR de 2 años de 54,62%.
En 2020, el gasto mundial de los usuarios finales en dispositivos wearables será de $69.000 millones de dólares, de los cuales los auriculares inteligentes, los relojes inteligentes y las pulseras inteligentes ocuparán la principal cuota de mercado, con 59,14%, 23,08% y 17,08% respectivamente.
Según las previsiones, el gasto mundial en dispositivos para llevar puestos alcanzará los US$81.500 millones en 2021, lo que supone un incremento interanual del 18,1%, y el mercado tiene un amplio margen de desarrollo.
Envíos de smartphones en China de 2013 a 2021 (unidad: 100 millones de unidades)
El mercado de baterías digitales aún tiene margen de crecimiento. En 2018, la demanda mundial del mercado de baterías digitales fue de 68,3GWh, de los cuales la demanda del mercado de baterías digitales de China fue de 31,8GWh.
Según las previsiones, en 2023, el mercado mundial de baterías digitales alcanzará los 89 GWh; el mercado chino de baterías digitales alcanzará los 43 GWh, y los smartphones de gama alta, los dispositivos wearables y los drones se convertirán en los principales puntos de crecimiento.
El almacenamiento mecánico de energía se utiliza ampliamente, y el almacenamiento electroquímico de energía tiene ventajas evidentes. En 2020, la capacidad instalada acumulada de almacenamiento de energía en China será de 35,6 GW, lo que representa 18,601 TTP3 del total mundial, y la capacidad instalada recientemente será de 3,2 GW; en 2021, la capacidad instalada acumulada de almacenamiento de energía en China alcanzará los 45,74 GW, con un aumento interanual de 28,481 TTP3.
El almacenamiento mecánico de energía es actualmente el método más utilizado en China. Sin embargo, debido a factores como las graves limitaciones del terreno y los largos periodos de construcción, el almacenamiento de energía por bombeo no puede satisfacer escenarios de aplicación como la regulación de picos y frecuencias de la red eléctrica y el almacenamiento de energía doméstica.
La tecnología de almacenamiento electroquímico de energía tiene las ventajas de un tiempo de respuesta corto, alta densidad energética, flexibilidad y comodidad, y bajo coste de mantenimiento. Casi no se ve afectada por las condiciones naturales y puede aplicarse con eficacia y flexibilidad a diversos escenarios de almacenamiento de energía.
En 2020, la cuota de mercado del almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo es de 89,3%, por debajo de las 93,7% de 2019; el almacenamiento de energía electroquímica representa 9,2%, un aumento de 4,3 puntos porcentuales con respecto al mismo periodo del año pasado.
El mercado del almacenamiento electroquímico de energía tiene un enorme potencial de desarrollo. Los tres principales escenarios de aplicación del almacenamiento electroquímico de energía son la red, el usuario y la generación de energía.
En los últimos años, la capacidad instalada de almacenamiento de energía electroquímica ha aumentado rápidamente. En 2020, la capacidad instalada acumulada de almacenamiento de energía electroquímica en China alcanzará los 3,27 GW, lo que supone un aumento interanual de 91,23%.
La industria del almacenamiento electroquímico de energía tiene un enorme potencial de desarrollo. Por un lado, el futuro Internet de la energía requerirá un gran número de equipos de almacenamiento de energía; por otro, con la promoción gradual de la tecnología 5G, el ritmo de construcción de estaciones base 5G se ha acelerado, y la demanda de baterías de almacenamiento de energía ha aumentado.
Los iones de litio son el principal medio de almacenamiento electroquímico de energía. En el almacenamiento electroquímico de energía, las baterías de iones de litio son el principal método, con 88,8%, seguidas de las baterías de plomo-ácido, con 10,2%.
En comparación con las baterías tradicionales de plomo-ácido, las de iones de litio presentan ventajas de rendimiento, como una baja contaminación y una larga vida útil. A medida que el precio de las baterías de iones de litio siga bajando y el modelo de negocio madure, se espera que las baterías de iones de litio sigan sustituyendo a las de plomo.
Según las estadísticas, de 2010 a 2020, el precio medio mundial de las baterías de litio bajó de $1.100/KWh a $137/KWh. En 2020, los envíos de baterías de iones de litio de almacenamiento de energía de China alcanzarán los 16,2 GWh, lo que supone un aumento interanual de 76%.
El ritmo acelerado de construcción de estaciones base 5G impulsa la demanda de baterías de iones de litio de almacenamiento de energía. El almacenamiento de energía de la estación base de comunicaciones no solo puede utilizarse como fuente de alimentación de reserva, sino también para la regulación de picos y de frecuencia entre cargas de red altas y bajas, a fin de reducir las fluctuaciones de la red eléctrica y garantizar el buen funcionamiento de la estación base de comunicaciones.
Con la llegada de la era 5G, la inversión relacionada con 5G de los tres principales operadores sigue aumentando. En 2021, China Mobile invertirá 110.000 millones de yuanes, China Telecom 39.700 millones de yuanes y China Unicom 35.000 millones de yuanes.
Los tres principales operadores han construido un total de 1,15 millones de estaciones base 5G, que cubren todas las ciudades de nivel de prefectura (inclusive) y superior del país.
La electrificación de los automóviles se ha convertido en un consenso mundial, y la industria ha alcanzado un vigoroso desarrollo. A medida que la crisis energética mundial y los problemas de contaminación medioambiental han ido adquiriendo mayor relevancia, el desarrollo de la industria de vehículos de nueva energía ha sido muy valorado, y el desarrollo de vehículos de nueva energía ha alcanzado un consenso a escala mundial.
De 2015 a 2021, las ventas mundiales de vehículos de nueva energía aumentarán de 440.000 a 6,35 millones, con una CAGR de seis años de 56%. En cuanto al mercado chino, China, el mayor mercado mundial de vehículos de nueva energía, ha logrado un rápido desarrollo en los últimos años con el apoyo de las políticas nacionales.
De 2016 a 2017, se introdujeron sucesivamente las políticas regulatorias y las políticas de subsidios para los vehículos de nueva energía, y el mercado entró en una etapa de desarrollo sostenido y rápido. En 2018, el mercado de vehículos de nueva energía continuó la fuerte tendencia de crecimiento de 2017, con un aumento interanual de las ventas de 62%, hasta alcanzar los 1,26 millones;
El volumen de ventas en 2019 fue de 1,206 millones de unidades, un descenso interanual; el volumen de ventas en 2020 fue de 1,37 millones de unidades, un aumento interanual de 13%, y la prosperidad repuntó; el volumen de ventas en 2021 fue de 3,52 millones de unidades, un aumento interanual de 158%, y el mercado reanudó un rápido crecimiento.
El desarrollo de vehículos de nueva energía ha provocado un rápido aumento de la demanda de baterías de litio y materiales para ánodos de potencia. En un contexto en el que China, Europa, Japón, Corea del Sur, Estados Unidos y otros países importantes están desarrollando vigorosamente vehículos de nueva energía a nivel mundial, el mercado mundial de baterías de litio de potencia ha mantenido una tendencia de rápido crecimiento en los últimos años.
En los próximos años, con la implantación del sistema chino de doble punto para vehículos de nueva energía y la aceleración de la electrificación de los vehículos en los países de la UE y el Reino Unido, las baterías de litio de potencia mantendrán una tendencia de alto crecimiento impulsadas por los terminales de vehículos de nueva energía.
Se espera que el mercado mundial de baterías de litio siga manteniendo una rápida tendencia de crecimiento. En 2024, la capacidad mundial instalada de baterías de litio de potencia alcanzará 1192GWh, y la demanda mundial de materiales de ánodo de baterías de iones de litio de potencia alcanzará 1,36 millones de toneladas, con una CAGR de 54% en comparación con 2021. .
Teniendo en cuenta las aplicaciones en energía, almacenamiento de energía y campos digitales, se espera que la demanda mundial de materiales para ánodos de baterías de iones de litio alcance los 1,59 millones de toneladas en 2024, con una CAGR de 46% en comparación con 2021.
La industria tiene múltiples barreras
El capital y la tecnología constituyen barreras de entrada
El capital y la tecnología constituyen barreras de entrada, y las barreras industriales son elevadas.
El capital, la tecnología y los clientes han levantado múltiples barreras industriales, y el estatus de las empresas líderes en ánodos se ha reforzado continuamente. La investigación y el desarrollo de productos de ánodos requieren una gran inversión de capital, y existen incertidumbres en el proceso de investigación y desarrollo. La solidez financiera de las empresas está sujeta a ciertos requisitos y existen barreras de entrada.
Tras la entrada en la empresa, la mejora continua del proceso de producción requiere que la empresa tenga una profunda formación técnica y una investigación en profundidad sobre la selección de materias primas y los detalles del proceso, y las barreras de la industria son relativamente altas.
En el proceso de mejora de muchos indicadores de rendimiento, las empresas principales cuentan con un alto rendimiento, muchas pruebas y experiencia y logros de producción acumulados, y tienen ventajas en la mejora del rendimiento integral de los productos.
Debido a factores como la producción y la calidad, los clientes de alta calidad del mercado descendente suelen establecer una cooperación con empresas líderes, y porque los clientes son muy cautelosos en la selección de productos,
Una vez determinada la relación de suministro, la probabilidad de sustitución es baja y la fidelidad de los clientes es alta, lo que hace que los dividendos de crecimiento de la cuota de las empresas líderes del mercado descendente sean a menudo compartidos por las empresas líderes de materiales de ánodos para baterías de iones de litio, y que la posición de liderazgo de las empresas líderes de ánodos para baterías de iones de litio se refuerce continuamente.
El mercado de ánodos está muy concentrado y el panorama competitivo es relativamente bueno
En comparación con otros materiales para baterías de litio, la concentración del mercado de materiales para ánodos de baterías de iones de litio es relativamente alta, y el patrón de competencia de la industria es relativamente bueno. En 2020, los materiales de ánodo de litio CR3 y CR6 serán de 53% y 76%, respectivamente. En 2021, los materiales de ánodo de litio CR3 y CR6 son 50% y 80%, respectivamente, y la concentración de la cabeza ha disminuido.
En 2020, las cuatro primeras empresas por volumen de ventas en la industria de ánodos son Betri, Jiangxi Zichen, Shanshan Technology y Dongguan Kaijin, con envíos de 75.000 toneladas, 63.000 toneladas, 60.000 toneladas y 48.000 toneladas, respectivamente.
Entre ellas, Beitray, Jiangxi Zichen y Shanshan Technology han ocupado los primeros puestos, mientras que Dongguan Kaijin ha obtenido buenos resultados en los últimos años. Con el desarrollo de Dongguan Kaijin, el patrón de los materiales de ánodo de litio ha evolucionado de "tres grandes y muchos pequeños" a "cuatro grandes y muchos pequeños".
La concentración del mercado en el campo del grafito natural es mayor, mostrando un patrón de mercado de "una empresa domina".
En el campo del grafito natural, la concentración del mercado es mayor, y la empresa líder Bettray es la única, con una cuota de mercado en China de 67% y 64% respectivamente en 2020-2021;
Le sigue Xiangfenghua, con una cuota de mercado de 15% y 17% respectivamente en el mismo periodo; Jiangxi Zhengtuo y Zhongke Electric son los principales operadores del mercado.
El modelo de mercado en el campo del grafito artificial está más fragmentado, mostrando un modelo de mercado de "tres pilares". Las tres empresas líderes en el campo del grafito artificial son Jiangxi Zichen, Shanshan y Kaijin Energy.
Apoyándose en Shanghai Putailai, Jiangxi Zichen cuenta con ventajas en cuanto a socios y tecnologías. Tiene una profunda cooperación con CATL en el campo de las baterías de energía, y ha establecido una cooperación con empresas de clase mundial como ATL, SDI y Ha Guangyu en el campo digital. La cuota de mercado de China en 2020-2021 21% y 20% respectivamente;
Como empresa líder tradicional en la industria de las baterías de litio, Shanshan tiene una disposición de la cadena industrial relativamente completa, con una cuota de mercado de 18% y 17% en China de 2020 a 2021; la cuota de mercado de Kaijin Energy en el mismo periodo es de 14% y 11%, respectivamente. En comparación con el campo del grafito natural, la concentración de mercado del grafito artificial es menor, y la competencia de mercado es más suficiente.
Garantizar el suministro y reducir los costes es una exigencia a corto plazo
Los materiales a base de silicio tienen un gran potencial
En este momento, el grafito artificial es la vía principal para los ánodos. Desde la perspectiva de los tipos de productos de material de ánodo de litio, desde 2014, el envío de materiales de ánodo de grafito siempre ha representado más de 92%.
Entre ellos, el volumen de envíos de material de ánodo de grafito artificial aumentó de 29.000 toneladas en 2014 a 310.000 toneladas en 2020. La cuota de mercado ha aumentado año tras año, y la proporción de envíos ha pasado de 56% a 84%. En 2021, la proporción de envíos se mantendrá en 84%;
Los envíos de materiales de ánodo de grafito natural han ido aumentando lentamente año tras año, pero la proporción de envíos ha disminuido significativamente, de 38% en 2014 a 16% en 2020, y aún más a 14% en 2021. Por lo tanto, la nueva capacidad del mercado está dominada por los materiales de ánodo de grafito artificial.
Los materiales a base de silicio tienen un gran potencial de aplicación, y el futuro espacio de mercado es amplio. En comparación con los materiales de grafito, los de silicio tienen mayor capacidad teórica y son nuevos materiales anódicos con un gran potencial de aplicación.
El material de ánodo de silicio-carbono nació en los años 90, cuando Moli y Sony en Japón introdujeron las baterías de iones de litio con carbono como ánodo. Después, las investigaciones se centraron en la combinación de partículas micrométricas o nanoestructuradas de silicio con carbono y las aplicaron al material del ánodo.
En 2016, un instituto de investigación surcoreano resolvió eficazmente el problema de la expansión del volumen de silicio mediante deposición química de vapor, y proporcionó apoyo técnico para promover la producción a gran escala de materiales compuestos de silicio-carbono para ánodos. Sin embargo, debido a la madurez de la tecnología y al problema de emparejamiento con otros materiales para ánodos, los materiales basados en silicio aún no se han aplicado a gran escala.
En el futuro, bajo la tendencia de aumento de la demanda de densidad energética de los vehículos de nueva energía, se espera que se acelere la investigación, el desarrollo y la introducción de los ánodos de carbono silicio.
A juzgar por la capacidad de producción y la producción de las principales empresas existentes en China, Betri ocupa una posición de liderazgo en China en términos de materiales de ánodo de silicio-carbono. En 2013, superó la certificación de Samsung e inició la producción y el suministro en masa.
En 2020, los envíos de ánodos a base de silicio de China fueron de 9.000 toneladas, un aumento interanual de 143%. Se estima que para 2025, la demanda mundial de materiales de ánodos a base de silicio alcanzará las 31,3 toneladas.
Se espera que la tecnología de grafitización acelere la iteración
La mejora continua de los procesos y el control eficaz de los costes se convertirán en el núcleo de la competitividad de la empresa. Antes de la aplicación a gran escala de nuevos materiales para ánodos, seguirán dominando los materiales para ánodos basados en grafito, y el grafito artificial seguirá siendo el material dominante.
Bajo la dimensión de medición de indicadores de rendimiento diversificados, ante la demanda del mercado de reducción de costes de los vehículos de nueva energía y la paridad del almacenamiento de energía, la mejora continua de los procesos y el control eficaz de los costes se convertirán en el núcleo de la competitividad de las empresas en el futuro.
Desde la perspectiva del proceso de preparación del grafito artificial, los principales procesos son: materia prima - trituración (pretratamiento) - granulación (grafito artificial) - grafitización - cribado, el proceso de producción es relativamente complejo. Entre ellos, la selección de la materia prima, la granulación y la grafitización son tres eslabones muy importantes.
En el eslabón de las materias primas intervienen tanto el coste como la calidad. En el eslabón de selección de materias primas, las materias primas de partida del grafito artificial se dividen en coque de aguja a base de carbón, coque de aguja a base de petróleo y coque de petróleo. Los precios del coque varían mucho, lo que constituye una parte importante del control de costes.
La diferencia global en la industria de la granulación no es grande, pero las barreras a la granulación secundaria son extremadamente altas, y el importante determinante del rendimiento del producto es el eslabón clave de todo el proceso.
El proceso de grafitización requiere un tratamiento térmico a alta temperatura, que exige una gran inversión en equipos y consumo de energía. Muchas empresas optan por subcontratar el tratamiento, y algunas empresas eligen el trazado de grafitización. Eligen la ubicación en la zona con bajo coste de consumo de energía, mejoran su propia disposición de la cadena industrial y controlan la producción del producto. coste.
Las materias primas y la grafitización son los eslabones clave para reducir el coste de los ánodos. En el coste de los ánodos, el de las materias primas y el de la grafitización suponen más de 85%, que son los dos eslabones clave en el control de costes de los productos anódicos.
Tomando Jiangxi Zichen como ejemplo, en la estructura de costes de sus productos de grafito artificial, las materias primas suponen unas 40%, los costes laborales unas 2%, los gastos de transformación (principalmente grafitización) unas 51% y los costes de fabricación unas 7%.
El coste de la grafitización se compone principalmente de los costes de electricidad, crisoles, costes de fabricación, etc. Entre ellos, la grafitización de cada tonelada de materiales anódicos requiere unos 14.000-16.000 kWh de electricidad. Según el precio de la electricidad industrial de 0,6 RMB/kWh, supone unos 0,84-0,96 millones de RMB/tonelada, lo que representa más de 60% del coste de la grafitización.
La capacidad de producción de grafitización en Mongolia Interior está concentrada, y la escasa oferta de grafitización restringe el suministro de materiales para ánodos. Según las estadísticas incompletas de Baichuan Yingfu, la capacidad de producción de grafitización en Mongolia Interior en 2021 será de 271.000 toneladas, lo que representa 41% del total nacional de 658.000 toneladas. Mongolia Interior se ha convertido en la clave del suministro de grafitización de ánodos.
Desde principios de 2021, se han adoptado diferentes medidas de control para las distintas industrias. El material anódico pertenece a la industria de nuevos materiales. La proporción de reducción de la electricidad fomentada por el Estado es tan baja como 20-30%, lo que corresponde a unas 20.000 toneladas de capacidad de producción local, que representan 2,86% del país. no es grande;
El ratio de reducción de potencia de las empresas de grafitización de ánodos independientes y de apoyo oscila entre 20-50%, afectando a unas 54.000-136.000 toneladas de capacidad de producción, lo que supone unas 8,2%-20,67% de la capacidad de producción nacional, y el impacto es relativamente grande.
Además, la superposición de la influencia de la calefacción invernal y los Juegos Olímpicos de Invierno ha agravado la escasez de suministro de grafitización de ánodos. Las empresas de materiales anódicos ven limitada su producción y sus ventas debido a la escasez de recursos de grafitización.
Para garantizar el suministro y reducir los costes, las empresas de ánodos han "unido sus manos" para acelerar la construcción integrada de la disposición. Por un lado, la capacidad de producción del proceso de grafitización es escasa, y los fabricantes de ánodos aumentan el ratio de autoabastecimiento de grafitización para garantizar la capacidad de producción;
Por otro lado, para reducir los costes y mejorar la rentabilidad, el coste de la grafitización subcontratada y la grafitización autoabastecida es muy diferente, y el aumento de la tasa de autoabastecimiento mejorará significativamente la rentabilidad. Según los resultados de los cálculos del prospecto de Shangtai Technology, la proporción de grafitización autoabastecida aumentará en 20% , el margen de beneficio bruto de los materiales anódicos aumentó en 6 puntos porcentuales.
En el futuro, la industria de las baterías de litio entrará en la era de la competencia mundial, y el coste se convertirá en un importante factor competitivo. Se espera que las principales empresas de materiales anódicos cambien gradualmente del "modelo de producción basado en la transformación subcontratada" al "modelo integrado basado en la capacidad de grafitización autoconstruida". "Transformación", la nueva capacidad de producción se localiza en zonas con precios de electricidad más bajos para obtener mayores ventajas de costes.
La oferta y la demanda de grafitización son ajustadas, y el aumento continuo de la tasa de procesamiento de grafitización lleva al ánodo a iniciar un ciclo de aumento de precios. La tarifa de procesamiento de grafitización ha aumentado desde 14.500 yuanes/tonelada a principios de diciembre de 2020 hasta ahora, y el ajuste de precios en abril, julio, septiembre y noviembre oscila entre 500-1.000 yuanes/tonelada. A partir del 12 de abril de 2022, alcanzará los 28.000 yuanes/tonelada, un aumento de 93% %.
El precio de los materiales de ánodo está subiendo y el barco está bajando. Según los datos de información de Xinyu, el nodo de aumento de precio del ánodo se retrasará 3 meses, y comenzará en febrero de 2021. Tomando como ejemplo el grafito artificial de gama media, alcanzará los 50.000 RMB/tonelada el 12 de abril de 2022. , subiendo 20% desde 41.500 RMB/tonelada a principios de febrero de 2021.
El déficit de oferta de grafitización se mantendrá, y se espera que los principales fabricantes de ánodos aceleren su autoabastecimiento para mejorar la rentabilidad. La actual capacidad de producción de grafitización subcontratada está limitada por la política de doble control del consumo de energía, y la mayor parte de la nueva capacidad de producción es un proyecto integrado construido por los fabricantes de ánodos.
Teniendo en cuenta que la evaluación y aprobación más estrictas de la energía afectarán al progreso de la construcción de los proyectos, y que el proyecto de grafitización necesitará todavía alrededor de medio año para completar el aumento de la capacidad de producción tras su puesta en marcha, se prevé que el suministro de grafitización seguirá siendo escaso el año que viene. Los principales fabricantes de ánodos están liderando la disposición de la grafitización y el autoabastecimiento, lo que se espera que refuerce aún más la reducción de costes y el aumento de los beneficios.
La tecnología tradicional de producción de grafitización se encuentra todavía en un nivel bajo, lejos de cumplir los requisitos de la producción industrial. La grafitización se refiere al cambio físico en el que el carbono no grafítico se somete a un tratamiento térmico por encima de los 2000 °C para perfeccionar el desarrollo de la estructura de apilamiento de capas de red de plano atómico de carbono hexagonal y transformarlo en carbono grafítico con una estructura tridimensional regular y ordenada de grafito.
El objetivo es mejorar la conductividad térmica y eléctrica y la estabilidad química de los materiales de carbono. Según el método de funcionamiento del equipo de grafitización, el proceso de grafitización puede dividirse generalmente en método de grafitización por lotes y método de grafitización continua.
Los equipos tradicionales por lotes son principalmente el horno Acheson y el horno de grafitización de serie de calor interno. Entre ellos, el horno Acheson es el horno de grafitización más antiguo y más utilizado. Como producto semiacabado, el tratamiento térmico a alta temperatura se realiza a una temperatura de 2300°C o superior para convertirlo en un producto de grafito.
Las ventajas de este proceso son la estructura sencilla del equipo, su fácil mantenimiento y su cómodo funcionamiento. Las desventajas son el largo tiempo de encendido, la baja tasa de utilización de energía, la gran diferencia de temperatura en el horno y que no es adecuado para la producción de grafitización granular.
El horno de grafitización de serie de calor interno es una tecnología de grafitización de bajo consumo que no utiliza material de resistencia y utiliza el propio electrodo de tostación como elemento calefactor;
Sus ventajas son principalmente la alta eficiencia de calentamiento, el corto ciclo de transmisión de energía, el bajo consumo de energía (al menos 1000kWh por tonelada de consumo de electricidad por tonelada de horno DC Acheson), etc., pero todavía no puede resolver el problema de la gran pérdida de disipación de calor, el largo tiempo de enfriamiento y el uso inadecuado. En la producción de grafitización granular y otros problemas.
En los últimos años, los fabricantes han perseguido la mejora tecnológica de la grafitización mediante la transformación de los hornos y la innovación de los procesos, y se espera que la grafitización en caja y la grafitización continua lideren el desarrollo tecnológico.
1) El proceso de grafitización en caja se basa en el horno de grafitización Acheson. Se instala una caja de placas de carbono en el horno para reducir el consumo de toneladas y aumentar la capacidad de producción ampliando la capacidad del horno. En la actualidad, el proceso se ha automatizado. Entre los fabricantes representativos se encuentran Putailai, Shanshan Co., Ltd., Zhongke Electric, etc.;
2) La grafitización continua adopta la tecnología de circulación, y la temperatura máxima puede alcanzar más de 3000℃, lo que puede realizar la alimentación y descarga continua a alta temperatura, y tiene las ventajas de ciclo de procesamiento corto, bajo consumo de tonelada, y respeto al medio ambiente.
Sin embargo, es difícil procesar materiales de ánodo con un alto grado de grafitización, y la aplicación industrial aún no se ha realizado. Algunos fabricantes representativos son Sunward Intelligent, etc.
Por último, si desea conocer los detalles de las empresas chinas que fabrican materiales para ánodos, puede consultar Los 10 principales fabricantes de material para ánodos.
