Alto niquelado, alto voltaje y cristalización única de materiales catódicos ternarios

La aplicación de procesos de alto níquel, alto voltaje y química monocristalina impulsa la optimización continua de materiales catódicos ternarios en densidad energética, prestaciones de seguridad, coste y otros aspectos. Y se espera que las principales empresas con las correspondientes reservas técnicas promuevan la mejora de la concentración de la industria, como por ejemplo Las 5 principales empresas de material catódico ternario con alto contenido en níquel NCM811.

Los materiales catódicos ternarios mejoran durante mucho tiempo

Aumenta la capacidad instalada de baterías eléctricas

La tendencia mundial de electrificación de los vehículos es evidente. De acuerdo con las estadísticas de datos, la tasa de penetración mundial de vehículos de nueva energía ha aumentado de manera constante, con la tasa de penetración mundial alcanzando 8,3% en 2021, 4,1 pct superior a la de 2020. En el primer trimestre de 2022, las ventas mundiales de vehículos de nueva energía alcanzaron los 2,061 millones, entre los cuales, las ventas globales de vehículos de nueva energía de China alcanzaron los 1,257 millones, un aumento interanual de 142,7%, y la tasa de penetración alcanzó los 19,2%.

Bajo la tendencia de la energía eléctrica de los vehículos, la capacidad mundial de instalación de baterías de energía está aumentando rápidamente. Beneficiándose de la rápida promoción de la electrificación de los vehículos en los mercados chino y europeo, las ventas mundiales de vehículos de nueva energía han aumentado rápidamente desde 2016, y la capacidad instalada de baterías de energía ha aumentado simultáneamente. En 2021, la capacidad mundial instalada de baterías eléctricas alcanzó los 296,8 GWh, con un aumento interanual de 102%; la capacidad instalada de baterías eléctricas de China alcanzó los 154,5 GWh, con un aumento interanual de 144%, más rápido que la tasa de crecimiento media mundial, y representó más de la mitad de la capacidad mundial instalada de baterías.

El ternario y el fosfato de hierro y litio coexisten durante mucho tiempo

Capacidad instalada de baterías ternarias del mercado chino para mantener un alto crecimiento, recuperación de la capacidad instalada de fosfato de hierro y litio. Anteriormente, los materiales de cátodo ternario con la ventaja de la alta densidad de energía en el nuevo mercado de vehículos de pasajeros de energía aumentaron rápidamente, representando más de 60% de la capacidad instalada de la batería de energía en 2019 y 2020. Sin embargo, con el lanzamiento de la tecnología CATL CTP y la batería de cuchillas BYD, junto con la disminución de los subsidios financieros chinos, la reducción de costos se ha convertido en el principal factor de selección de baterías de energía de las empresas automotrices, impulsando la recuperación de la capacidad instalada de fosfato de hierro y litio.

En julio de 2021, la capacidad instalada mensual de litio hierro fosfato superó los tres yuanes, y la capacidad instalada anual en 2021 fue de 79,8GWh, lo que representa 51,7%, marcando la primera vez desde 2018 que su capacidad instalada ha superado los materiales de cátodo ternario. De enero a mayo de 2022, la capacidad instalada acumulada de baterías de energía en China fue de 83,1GWh, un aumento interanual de 100,8%; La capacidad instalada acumulada de baterías de litio hierro fosfato fue de 49,0GWh, lo que representa 58,9%, un aumento del 17,6 pct en comparación con 2021; La capacidad instalada acumulada de baterías ternarias fue de 34,0GWh, un aumento interanual de 186,1%, lo que representa 40,9%.

La cantidad instalada de baterías de energía instaladas en el mercado europeo es principalmente de materiales ternarios. De 2017 a 2020, la capacidad instalada de baterías de potencia en Europa aumentó de 16,5 GWh a 98,1 GWh, y la CAGR alcanzó 81,4%. Entre ellas, la capacidad instalada de baterías de potencia ternarias siempre ocupa una posición dominante, representando más de 90% en 2020. De enero a noviembre de 2021, la capacidad instalada de baterías eléctricas en Europa alcanzó los 144,9 GWh, con un aumento interanual de 92,1%. La batería de energía ternaria sigue siendo dominante, representando 95,4%; la capacidad instalada de 8 series ternarias ha alcanzado 30,2 GWh, un aumento interanual de 495,2%, y la proporción ha aumentado significativamente de 6,7% a 20,9%.

Gracias a la mayor demanda de vehículos eléctricos, los envíos de materiales ternarios siguieron aumentando. En 2021, los materiales catódicos ternarios mundiales enviados alcanzaron las 718.000 toneladas, con un aumento interanual de 70,95% y una tasa de crecimiento compuesto de 48,66% de 2017 a 2021; en 2021, los materiales catódicos ternarios chinos enviados alcanzaron las 422.000 toneladas, con un aumento interanual de 79,57% y una tasa de crecimiento compuesto de 41,25% de 2017 a 2021. En 2021, el mercado de China representó 58,8% del mundo, convirtiéndose en la principal fuerza impulsora del crecimiento del mercado mundial de materiales ternarios.

La tecnología de materiales catódicos ternarios sigue evolucionando

El patrón del material del cátodo ternario sigue siendo relativamente disperso

El patrón de mercado de China está relativamente disperso, la brecha entre las empresas principales no es obvia. Según las estadísticas, el CR5 / CR10 en 2021 es de 52,6% y 78,6% respectivamente. Desde la perspectiva de las empresas, RONBAY TECHNOLOGY, B&M y EASPRING son las tres primeras. En 2022, el CR5 / CR10 alcanzó 55,7%. La concentración global de la industria se incrementa, y la cuota de la industria sigue siendo relativamente dispersa.

La tecnología de materiales catódicos ternarios promueve la optimización continua del factor

Coexisten diversas rutas de materiales catódicos, y los elementos de rendimiento difieren entre los sistemas de materiales. En la actualidad, los materiales catódicos pueden dividirse principalmente en cuatro categorías: óxido de cobalto de litio, óxido de manganeso de litio, fosfato de hierro de litio y materiales ternarios, entre los cuales los materiales catódicos ternarios pueden subdividirse en óxido de níquel-cobalto-manganeso de litio (NCM) y níquel-cobalto-aluminato de litio (NCA).

Según las características del producto y los escenarios de aplicación, las baterías de litio-óxido de cobalto y de litio-óxido de manganeso se utilizan principalmente en electrónica de consumo, mientras que las de litio-fosfato de hierro y las ternarias se emplean sobre todo en vehículos de nueva energía.

La reducción de costes y el aumento de la eficiencia siguen impulsando la investigación y la innovación, y los materiales catódicos ternarios se optimizan constantemente en términos de densidad energética, prestaciones de seguridad y rentabilidad. La tendencia de desarrollo inteligente de los vehículos de nueva energía se ha convertido en la corriente principal. La experiencia más rica de la cabina y la función de conducción inteligente han propuesto los requisitos de mayor autonomía y mayor densidad energética para las baterías de potencia. Al mismo tiempo, los requisitos de seguridad y rentabilidad de los sistemas de baterías acompañados de una mayor capacidad y una mayor carga son igualmente rígidos, lo que da lugar a una mayor exploración de la densidad energética, la seguridad y la rentabilidad del cátodo ternario.

● Mejora de la densidad de energía: la tendencia ternaria alto níquel / alto voltaje es obvia.
Resolver la ansiedad por la autonomía, el alto contenido de níquel y la alta tensión para mejorar la densidad energética de los materiales catódicos ternarios. En la actualidad, la industria mejora principalmente la densidad energética de los materiales catódicos ternarios elevando el límite superior de la tensión de carga (alta tensión) y aumentando el contenido de níquel (alto contenido de níquel).

La proporción de ternarios de alto contenido en níquel de la serie 8 aumentó gradualmente, y el níquel ultra alto mejora aún más la competitividad de los ternarios de alto contenido en níquel. El alto contenido de níquel de los materiales catódicos ternarios se refiere al aumento del contenido de elementos de níquel en los materiales ternarios, lo que aumenta la densidad de energía y, en consecuencia, reduce la dependencia de los elementos de cobalto.

En 2021, la producción de ternarios de alto contenido en níquel de China fue de 152.000 toneladas, con un aumento interanual de 110,2%, lo que representa el 38,3% de la producción total de materiales ternarios para cátodos. En la actualidad, las principales empresas de materiales catódicos de la industria han estado desarrollando, verificando y produciendo gradualmente 9 series de materiales catódicos de níquel ultra alto, para mejorar aún más la densidad de energía, resolver el problema del peso ligero de las baterías y mejorar la competitividad del ternario de níquel alto.

Con el aumento de la plataforma de media tensión de níquel, el rendimiento de densidad energética de la ruta de alta tensión tiende a ser coherente con la ternaria de alta tensión de níquel. La ruta de alto voltaje aumenta el voltaje de parada de carga de la batería para que el material del cátodo elimine más iones de litio a un voltaje más alto, con el fin de aumentar la capacidad y el voltaje de trabajo al mismo tiempo, logrando así el propósito de aumentar la densidad de energía.

● Mayor mejora de las prestaciones de seguridad: aumenta la aplicación del sistema monocristalino ternario.

El sistema de cátodo ternario policristalino está maduro, y la característica de cátodo ternario monocristalino es prominente. En términos de estructura cristalina, los materiales de cátodo ternario pueden dividirse en materiales de cátodo ternario de tipo monocristalino y de tipo policristalino. El cristal único se refiere a un núcleo de cristal de crecimiento equilibrado en todas las direcciones del cristal. Su estructura interna es básicamente una red completa, y policristalino se compone de muchas partículas de cristal único de orientación diferente, toda la estructura cristalina no es por la misma red, el material de cátodo ternario policristalino regular es en forma de aglomeración de partículas esféricas secundarias.

La tecnología de cristal único mediante el uso de precursores especiales y el proceso de sinterización, realiza la estructura especial de cristal de material de cátodo ternario, en el mantenimiento de la capacidad existente y la plataforma de carga y descarga, sobre la base de tratar de mejorar el tamaño de grano único de material de cátodo, a fin de mejorar la densidad de vibración, mejorar la capacidad de volumen de la batería de litio, y mejorar en gran medida la seguridad de la batería de litio, hacer que la calidad de la batería de litio se mejora en gran medida.

El mundo es principalmente tecnología ternaria policristalina, la tecnología ternaria monocristalina de China y la tecnología ternaria policristalina en paralelo. Los materiales ternarios monocristalinos se han estudiado durante mucho tiempo, pero debido a la ruta de investigación y desarrollo del sistema de materiales temprano y el enfoque de reserva de patentes, los materiales ternarios principales de las fábricas de baterías japonesas y coreanas son principalmente materiales ternarios policristalinos, y se introducen gradualmente en el mercado nacional por las empresas chinas de material de cátodo principal. En la segunda mitad de 2017, como Ningde Times y otras empresas de baterías de cabeza comenzaron a aplicarlos en baterías de energía, los materiales monocristalinos se dieron cuenta gradualmente del volumen en el mercado nacional.

El material de cátodo ternario monocristalino es más estable, por lo que puede utilizarse como uno de los sistemas de materiales con mayor tensión, y presenta ciertas ventajas en cuanto a rendimiento de seguridad y rendimiento de ciclo. A alta tensión, con el aumento de la resistencia interna del número de ciclos, la capacidad de la batería decaerá rápidamente, y el rendimiento del ciclo empeorará.

El material de cátodo ternario monocristalino suele estar compuesto directamente por una o varias partículas grandes (2~5 m), un bloque de partículas irregulares, material interno sin límite cristalino, superficie microscópica lisa, tiene mejor estabilidad de estructura y resistencia a altas temperaturas. Y su material después de la compactación y el ciclo de alta temperatura, no es fácil de romper, a fin de obtener más excelente estabilidad de ciclo de alta temperatura. Por lo tanto, el material de cátodo ternario monocristalino tiene un mejor rendimiento de seguridad, que puede evitar mejor los problemas anteriores del material de cátodo ternario policristalino.

La permeabilidad del material de cátodo ternario de cristal único aumenta gradualmente. Desde 2018, la producción de materiales ternarios de cristal único de China ha aumentado rápidamente, con una producción anual de alrededor de 49.000 toneladas, de las cuales más de 90% de materiales ternarios de cristal único se utilizan en el campo de la batería de energía. Con la introducción gradual de empresas de baterías de potencia, la producción total de materiales ternarios monocristalinos nacionales se elevó a 144.000 toneladas en 2021, un aumento interanual de 89,5%; se espera que la cuota de mercado de materiales ternarios monocristalinos en China aumente a más de 40% en 2022.

Se acelera la iteración de la tecnología de alta tensión de monocristal en el campo del níquel medio y la introducción del monocristal en el campo del níquel alto. En el primer trimestre de 2022, el sistema de material monocristalino representó más de 50% de los materiales ternarios de las series 5 de níquel medio y 6 de níquel medio y alto. En la actualidad, los materiales ternarios de alto níquel de la serie 8 todavía se basan principalmente en el sistema policristalino, pero desde la tasa de penetración en el mercado del níquel alto de cristal único en los materiales ternarios de la serie 8, las empresas de baterías de alta potencia de China comenzaron a introducir el níquel alto de cristal único en 2021.

● Nuevo avance en la relación coste-rendimiento: se espera que baje el coste del vatio-hora ternario
En los últimos años, las subvenciones a la industria china de vehículos de nueva energía han mostrado una tendencia general a la baja, antes de que se debilitara la ventaja de la subvención política que aportaba la alta densidad energética.En este contexto, las empresas automovilísticas chinas reconsideran el coste y los beneficios, el equilibrio entre garantizar una alta densidad energética y el rendimiento de costes, y seleccionan racionalmente la configuración de la batería combinada con los costes y beneficios reales de los productos.

Los materiales ternarios de alto contenido en níquel y alta tensión reducen los costes en vatios-hora. Desde el punto de vista del coste, material de cátodo ternario de alto níquel a ultra alto desarrollo de níquel, reducir el uso de metal de cobalto, y materiales de cátodo ternario de alto voltaje que confían en la plataforma de mayor voltaje se puede realizar en el mismo sistema de costo de material de níquel de la densidad de energía, tanto en mejorar aún más la densidad de energía de la batería al mismo tiempo, también trajo la. batería ternaria de litio azulejo cuando la reducción de costes es efectiva.

● Aumenta la dificultad de la iteración técnica y es mayor la concentración de la segmentación del mercado.
Desde el nivel técnico actual y la aplicación del producto, de alto níquel, de alta tensión, de cristal único de accionamiento ternario cátodo material de la industria de la iteración de la tecnología, también a las empresas ternario cátodo material propuesto mayor dificultad de proceso:

En la dirección de alta conversión de níquel, cuanto mayor sea el contenido de níquel, mayor será la capacidad específica en las mismas condiciones de voltaje, pero el radio del ion de níquel y el ion de litio está cerca, mayor es la posibilidad de mezcla de cationes en su estructura, lo que es fácil de reducir la capacidad específica del material. El rendimiento de la relación se debilita, y la reducción de la estabilidad de la superficie del material es más probable que cause problemas de seguridad. Al mismo tiempo, el proceso de materiales catódicos ternarios de alto contenido en níquel de la serie superior a 8 tiene requisitos especiales en cuanto al equipo del horno, la cuba de la caja, la atmósfera de reacción, etc., y es más difícil garantizar la estabilidad del lote y la consistencia de los productos.

En la dirección del monocristal, la producción y síntesis de materiales catódicos ternarios monocristalinos de gran tamaño necesitan superar el impacto negativo del monocristalino de gran tamaño sobre la capacidad y el rendimiento energético, y también necesitan resolver el problema de la gran resistencia interna de CC. En la actualidad, la industria utiliza principalmente tecnologías de dopaje y modificación de la superficie para reducir el litio libre del producto, mejorar la estabilidad de ajuste de la suspensión del material, reducir la resistencia interna de CC y mejorar la estabilidad del ciclo de los materiales ternarios monocristalinos en entornos de alta temperatura, alto níquel y alta tensión.

En la dirección del alto voltaje, aunque los materiales catódicos ternarios de alto voltaje pueden mejorar eficazmente la densidad energética del material, se enfrenta a una serie de retos como la estabilidad de la estructura cristalina, el cambio de fase, la reacción lateral de la interfaz y la liberación de oxígeno en el escenario de aplicación del voltaje de 4,4V y superiores, lo que hace que el desarrollo del material tenga unas barreras técnicas extremadamente altas.

La concentración del mercado de materiales catódicos ternarios de alto contenido de níquel y monocristal es mayor que la concentración general de la industria ternaria. En 2020-2021, CR3 / CR5 fue 35% / 52% y 38% / 55%, respectivamente, en comparación con el CR3 / CR5 / 93,6% y 68,6%, y CR3 / CR5 fue 53,5% / 73,8% y 53,9% / 73,4%, respectivamente, que está más concentrado que el patrón de competencia global.

Las principales empresas de cátodos ternarios lideran el desarrollo del sector

ZEC: la empresa de material de cátodo ternario con el primer envío de monocristal.

XTC: serie de productos de alta tensión acumuló una rica experiencia en el campo de los materiales catódicos líder de la industria. En cuanto a los materiales ternarios, la empresa extrae todas las lecciones de la batería de alto voltaje ventajas de investigación y desarrollo tecnológico formadas en el campo del óxido de litio y cobalto, y desarrolla activamente materiales ternarios de alto voltaje con fabricantes de baterías aguas abajo, para que los principales productos tengan ventajas tanto de seguridad como de coste, al tiempo que mejoran la densidad energética.

EASPRING: la disposición global de los principales proveedores de materiales de cabeza de tres yuanes, con la ventaja de la tarjeta de cliente global de las empresas de materiales de cátodo de cabeza de tres yuanes. El ámbito de negocio de la empresa abarca todo el mundo, y se ha convertido en una de las pocas empresas nacionales que venden simultáneamente materiales para cátodos de energía a Japón, Corea del Sur, Europa y Estados Unidos.

TECNOLOGÍA RONBAY: centrándose en el líder de material de cátodo ternario de pista de alto níquel, líder de cátodo ternario de China, centrándose en el material de cátodo ternario de alto níquel.

MINMETALES: una empresa líder en cátodos ternarios con destacadas ventajas en la integración de la cadena industrial. La empresa ha entrado en el campo de los materiales catódicos ternarios desde 2011, y tiene la capacidad de producción en masa de materiales catódicos ternarios como NCM523, NCM622, NCM811 y NCA.