Nickelage élevé, haute tension et cristallisation unique de matériaux cathodiques ternaires

L'application de processus à haute teneur en nickel, à haute tension et à la chimie des monocristaux permet d'optimiser en permanence les procédés de fabrication. matériaux pour cathodes ternaires en termes de densité énergétique, de performance en matière de sécurité, de coût et d'autres aspects. Les entreprises les plus performantes, disposant des réserves techniques correspondantes, devraient promouvoir l'amélioration de la concentration de l'industrie, telles que Top 5 des entreprises de matériaux cathodiques ternaires à haute teneur en nickel NCM811.

Les matériaux cathodiques ternaires s'améliorent depuis longtemps

La capacité installée des batteries d'énergie augmente

La tendance mondiale à l'électrification des véhicules est évidente. Selon les statistiques, le taux de pénétration mondial des véhicules à énergie nouvelle a régulièrement augmenté, atteignant 8,3% en 2021, soit 4,1 % de plus qu'en 2020. Au premier trimestre 2022, les ventes mondiales de véhicules à énergie nouvelle ont atteint 2,061 millions, parmi lesquels les ventes globales de véhicules à énergie nouvelle en Chine ont atteint 1,257 million, en hausse de 142,7% d'une année sur l'autre, et le taux de pénétration a atteint 19,2%.

Sous la tendance de l'alimentation électrique des véhicules, la capacité mondiale d'installation de batteries de puissance augmente rapidement. Bénéficiant de la promotion rapide de l'électrification des véhicules sur les marchés chinois et européen, les ventes mondiales de véhicules à énergie nouvelle ont augmenté rapidement depuis 2016, et la capacité installée des batteries de puissance a augmenté simultanément. En 2021, la capacité installée des batteries d'énergie dans le monde a atteint 296,8 GWh, en hausse de 102% d'une année sur l'autre ; la capacité installée des batteries d'énergie en Chine a atteint 154,5 GWh, en hausse de 144% d'une année sur l'autre, plus rapidement que le taux de croissance moyen mondial, représentant plus de la moitié de la capacité installée des batteries dans le monde.

Le phosphate de fer ternaire et le phosphate de fer lithié coexistent depuis longtemps

La capacité installée de batterie ternaire du marché chinois pour maintenir une croissance élevée, le phosphate de fer de lithium récupération de la capacité installée. Auparavant, les matériaux cathodiques ternaires présentant l'avantage d'une densité énergétique élevée sur le marché des véhicules de tourisme à énergie nouvelle ont rapidement augmenté, représentant plus de 60% de la capacité installée des batteries d'énergie en 2019 et 2020. Toutefois, avec le lancement de la technologie CATL CTP et de la batterie à lame BYD, combiné à la baisse des subventions financières chinoises, la réduction des coûts est devenue le principal facteur de sélection des batteries de puissance des entreprises automobiles, entraînant la reprise de la capacité installée de phosphate de fer-lithium.

En juillet 2021, la capacité installée mensuelle du phosphate de fer lithié a dépassé trois yuans, et la capacité installée annuelle en 2021 était de 79,8GWh, représentant 51,7%, marquant la première fois depuis 2018 que sa capacité installée a dépassé les matériaux cathodiques ternaires. De janvier à mai 2022, la capacité installée cumulée des batteries de puissance en Chine était de 83,1GWh, en hausse de 100,8% d'une année sur l'autre ; La capacité installée cumulée des batteries lithium-fer-phosphate était de 49,0GWh, représentant 58,9%, en hausse de 17,6 pct par rapport à 2021 ; La capacité installée cumulée des batteries ternaires était de 34,0GWh, en hausse de 186,1% d'une année sur l'autre, représentant 40,9%.

La quantité installée de batteries d'énergie sur le marché européen est principalement constituée de matériaux ternaires. De 2017 à 2020, la capacité installée des batteries d'énergie en Europe est passée de 16,5 GWh à 98,1 GWh, et le TCAC a atteint 81,4%. Parmi elles, la capacité installée des batteries d'énergie ternaires occupe toujours une position dominante, représentant plus de 90% en 2020. De janvier à novembre 2021, la capacité installée des batteries d'énergie en Europe a atteint 144,9 GWh, soit une augmentation de 92,1% d'une année sur l'autre. Les batteries d'énergie ternaires sont toujours dominantes, représentant 95,4% ; la capacité installée de 8 séries ternaires a atteint 30,2GWh, en hausse de 495,2% d'une année sur l'autre, et la proportion a considérablement augmenté, passant de 6,7% à 20,9%.

Bénéficiant de la demande accrue de véhicules électriques, les expéditions de matériaux ternaires ont continué à augmenter. En 2021, les matériaux cathodiques ternaires mondiaux ont été expédiés à 718 000 tonnes, en hausse de 70,95% en glissement annuel, avec un taux de croissance composé de 48,66% de 2017 à 2021 ; en 2021, les matériaux cathodiques ternaires chinois expédiés ont atteint 422 000 tonnes, en hausse de 79,57% en glissement annuel, et avec un taux de croissance composé de 41,25% de 2017 à 2021. En 2021, le marché chinois représentait 58,8% du marché mondial, devenant ainsi le principal moteur de la croissance du marché mondial des matériaux ternaires.

La technologie des matériaux cathodiques ternaires continue d'évoluer

Le modèle de matériau cathodique ternaire est encore relativement dispersé

La structure du marché chinois est relativement dispersée, l'écart entre les chefs d'entreprise n'est pas évident. Selon les statistiques, les CR5 / CR10 en 2021 sont respectivement de 52,6% et 78,6%. Du point de vue des entreprises, RONBAY TECHNOLOGY, B&M et EASPRING sont les trois premières. En 2022, le CR5 / CR10 atteindra 55,7%. La concentration globale de l'industrie a augmenté, et la part de l'industrie est encore relativement dispersée.

La technologie des matériaux cathodiques ternaires favorise l'optimisation continue du facteur

Diverses routes de matériaux cathodiques coexistent, et les éléments de performance diffèrent entre les systèmes de matériaux. À l'heure actuelle, les matériaux cathodiques peuvent être principalement divisés en quatre catégories : oxyde de cobalt lithium, oxyde de manganèse lithium, phosphate de fer lithium et matériaux ternaires, parmi lesquels les matériaux cathodiques ternaires peuvent être subdivisés en oxyde de nickel-cobalt-manganèse lithium (NCM) et en aluminate de nickel-cobalt lithium (NCA).

Selon les caractéristiques des produits et les scénarios d'application en aval, les batteries à l'oxyde de cobalt et à l'oxyde de manganèse sont principalement utilisées dans l'électronique grand public, tandis que les batteries au phosphate de fer et les batteries ternaires sont principalement utilisées dans les véhicules à énergie nouvelle.

La réduction des coûts et l'augmentation de l'efficacité continuent de stimuler la recherche et l'innovation, et les matériaux cathodiques ternaires sont constamment optimisés en termes de densité énergétique, de sécurité et de coût. La tendance au développement intelligent des véhicules à énergie nouvelle s'est imposée. L'expérience plus riche de l'habitacle et la fonction de conduite intelligente ont toutes deux proposé les exigences d'une plus grande autonomie et d'une densité d'énergie plus élevée pour les batteries d'alimentation. Dans le même temps, les exigences en matière de sécurité et de coût des systèmes de batteries accompagnées d'une capacité et d'une charge plus élevées sont tout aussi rigoureuses, ce qui donne lieu à une exploration plus poussée de la cathode ternaire en termes de densité d'énergie, de sécurité et de coût.

● Amélioration de la densité énergétique : la tendance ternaire haute teneur en nickel / haute tension est évidente.
Résoudre l'anxiété liée à la portée, à la teneur élevée en nickel et à la haute tension pour améliorer la densité énergétique des matériaux cathodiques ternaires. À l'heure actuelle, l'industrie améliore principalement la densité énergétique des matériaux cathodiques ternaires en augmentant la limite supérieure de la tension de charge (haute tension) et en augmentant la teneur en nickel (haute teneur en nickel).

La proportion de ternaires à forte teneur en nickel de la série 8 a progressivement augmenté, et la teneur ultra-forte en nickel renforce encore la compétitivité des ternaires à forte teneur en nickel. La nickelisation poussée des matériaux cathodiques ternaires consiste à augmenter la teneur en éléments de nickel dans les matériaux ternaires, ce qui permet d'accroître la densité énergétique et de réduire en conséquence la dépendance à l'égard des éléments de cobalt.

En 2021, la production chinoise de matériaux ternaires à haute teneur en nickel s'élevait à 152 000 tonnes, soit une augmentation de 110,21 TTP3 d'une année sur l'autre, représentant 38,31 TTP3 de la production totale de matériaux cathodiques ternaires. À l'heure actuelle, les principales entreprises de matériaux cathodiques de l'industrie développent, vérifient et produisent progressivement 9 séries de matériaux cathodiques à très haute teneur en nickel, afin d'améliorer encore la densité énergétique, de résoudre le problème de la légèreté des batteries et de renforcer la compétitivité des matériaux ternaires à haute teneur en nickel.

Avec l'augmentation de la plate-forme de tension de nickel moyenne, la performance de la densité énergétique de la voie haute tension tend à être cohérente avec celle de la voie ternaire de nickel élevé. La voie haute tension augmente la tension d'arrêt de charge de la batterie pour que le matériau de la cathode élimine plus d'ions lithium à une tension plus élevée, afin d'augmenter la capacité et la tension de fonctionnement en même temps, réalisant ainsi l'objectif d'augmentation de la densité énergétique.

● Poursuite de l'amélioration des performances en matière de sécurité : l'application du système monocristallin ternaire est accrue.

Le système de cathode ternaire polycristalline est arrivé à maturité et les caractéristiques de la cathode ternaire monocristalline sont prédominantes. En termes de structure cristalline, les matériaux de cathode ternaire peuvent être divisés en matériaux de cathode ternaire de type monocristallin et de type polycristallin. Le cristal unique se réfère à une croissance équilibrée du noyau cristallin dans toutes les directions du cristal. Sa structure interne est fondamentalement un réseau complet, et le polycristallin est composé de nombreuses particules monocristallines d'orientation différente, l'ensemble de la structure cristalline n'est pas constitué par le même réseau, le matériau cathodique ternaire polycristallin régulier se présente sous la forme d'une agglomération de particules sphériques secondaires.

La technologie monocristalline, grâce à l'utilisation d'un précurseur spécial et d'un processus de frittage, permet de réaliser la structure cristalline ternaire du matériau de la cathode, tout en maintenant la capacité existante et la plate-forme de charge et de décharge, en essayant d'améliorer la taille du grain unique du matériau de la cathode, afin d'améliorer la densité de vibration, d'améliorer la capacité volumique de la batterie au lithium, d'améliorer considérablement la sécurité de la batterie au lithium et d'améliorer grandement la qualité de la batterie au lithium.

La technologie ternaire polycristalline est principalement utilisée dans le monde, tandis que la technologie ternaire monocristalline et la technologie ternaire polycristalline sont utilisées en parallèle en Chine. Les matériaux ternaires monocristallins ont été étudiés pendant longtemps, mais en raison de la voie de recherche et de développement du système de matériaux précoce et de l'accent mis sur la réserve de brevets, les matériaux ternaires principaux des usines de batteries japonaises et coréennes sont principalement des matériaux ternaires polycristallins, et progressivement introduits sur le marché intérieur par les entreprises chinoises de matériaux de cathode de tête. Dans la seconde moitié de 2017, comme Ningde Times et d'autres entreprises de batteries de tête ont commencé à les appliquer dans les batteries de puissance, les matériaux monocristallins ont progressivement réalisé le volume sur le marché intérieur.

Le matériau cathodique ternaire monocristallin est plus stable, il peut être utilisé comme l'un des systèmes de matériaux à tension plus élevée et présente certains avantages en termes de sécurité et de performance du cycle. À haute tension, avec l'augmentation de la résistance interne du nombre de cycles, la capacité de la batterie diminue rapidement et les performances du cycle se dégradent.

Le matériau cathodique ternaire monocristallin est généralement composé directement d'une ou de plusieurs grosses particules (2~5 m), d'un bloc de particules irrégulières, d'un matériau interne sans limite cristalline, d'une surface microscopique lisse, d'une meilleure stabilité de la structure et d'une meilleure résistance à la température élevée. De plus, après compactage et cycle à haute température, le matériau n'est pas facile à briser, ce qui permet d'obtenir une excellente stabilité à haute température. Par conséquent, le matériau cathodique ternaire monocristallin présente de meilleures performances en matière de sécurité, ce qui permet d'éviter les problèmes susmentionnés du matériau cathodique ternaire polycristallin.

La perméabilité du matériau cathodique ternaire monocristallin augmente progressivement. Depuis 2018, la production chinoise de matériaux ternaires monocristallins a augmenté rapidement, la production annuelle atteignant environ 49 000 tonnes, dont plus de 90% de matériaux ternaires monocristallins sont utilisés dans le domaine des batteries d'énergie. Avec l'introduction progressive d'entreprises de batteries d'énergie en aval, la production totale de matériaux ternaires monocristallins a atteint 144 000 tonnes en 2021, soit une augmentation de 89,5% d'une année sur l'autre ; la part de marché des matériaux ternaires monocristallins en Chine devrait passer à plus de 40% en 2022.

L'itération de la technologie monocristalline à haute tension dans le domaine du nickel moyen et l'introduction du monocristal dans le domaine du nickel élevé s'accélèrent. Au premier trimestre 2022, le système de matériau monocristallin représentait plus de 50% des matériaux ternaires de la série 5 du nickel moyen et des séries 6 du nickel moyen et élevé. À l'heure actuelle, les matériaux ternaires de la série 8 à forte teneur en nickel sont encore principalement basés sur un système polycristallin, mais étant donné le taux de pénétration du marché des matériaux ternaires de la série 8 à forte teneur en nickel, les entreprises chinoises de batteries de tête ont commencé à introduire des matériaux monocristallins à forte teneur en nickel en 2021.

● Nouvelle percée en matière de coût-performance : le coût du wattheure ternaire devrait baisser.
Dans ce contexte, les constructeurs automobiles chinois doivent reconsidérer les coûts et les avantages, trouver un équilibre entre la garantie d'une densité énergétique élevée et la performance en termes de coûts, et sélectionner rationnellement la configuration de la batterie en fonction des coûts et des avantages réels des produits.

Les cathodes ternaires à haute teneur en nickel et à haute tension font baisser le coût du wattheure. Du point de vue des coûts, les matériaux cathodiques ternaires à haute teneur en nickel pour le développement de l'ultra haute teneur en nickel, la réduction de l'utilisation du cobalt métal, et les matériaux cathodiques ternaires à haute tension s'appuyant sur une plate-forme de tension plus élevée peuvent être réalisés dans le même système de coût de matériau de nickel de la densité énergétique, les deux améliorant encore la densité énergétique de la batterie en même temps, a également apporté les avantages de la technologie de l'ultra haute teneur en nickel. pile ternaire au lithium Le projet a été mis en œuvre dans le cadre d'une réduction efficace des coûts.

● La difficulté de l'itération technique augmente, et la concentration de la segmentation du marché est plus élevée.
Compte tenu du niveau technique actuel et de l'application du produit, l'itération technologique de l'industrie des matériaux cathodiques ternaires à haute teneur en nickel, à haute tension et à entraînement monocristallin, les entreprises de matériaux cathodiques ternaires ont également proposé des processus plus difficiles :

Dans le sens d'une conversion élevée du nickel, plus la teneur en nickel est élevée, plus la capacité spécifique est élevée dans les mêmes conditions de tension, mais le rayon de l'ion nickel et de l'ion lithium est proche, plus la possibilité de mélange de cations dans sa structure est élevée, ce qui réduit facilement la capacité spécifique du matériau. La performance du rapport est affaiblie et la réduction de la stabilité de la surface du matériau est plus susceptible de causer des problèmes de sécurité. En même temps, le processus des matériaux cathodiques ternaires à haute teneur en nickel au-dessus de la série 8 a des exigences particulières en ce qui concerne l'équipement du four, le bol de la boîte, l'atmosphère de réaction, etc.

En ce qui concerne le monocristal, la production et la synthèse de matériaux cathodiques ternaires à grand monocristal doivent surmonter l'impact négatif du grand monocristal sur la capacité et la puissance, et doivent également résoudre le problème de la grande résistance interne au courant continu. À l'heure actuelle, l'industrie utilise principalement la technologie du dopage et de la modification de surface pour réduire le lithium libre du produit, améliorer la stabilité de l'ajustement de la suspension du matériau, réduire la résistance interne au courant continu, améliorer la stabilité du cycle des matériaux ternaires monocristallins dans un environnement à haute température, à haute teneur en nickel et à haute tension.

En ce qui concerne la haute tension, bien que les matériaux cathodiques ternaires à haute tension puissent effectivement améliorer la densité énergétique du matériau, ils sont confrontés à une série de défis tels que la stabilité de la structure cristalline, le changement de phase, la réaction latérale de l'interface et la libération d'oxygène dans le scénario d'application de la tension de 4,4 V et plus, ce qui fait que le développement du matériau se heurte à des barrières techniques extrêmement élevées.

La concentration du marché des matériaux cathodiques ternaires à forte teneur en nickel et monocristallins est plus élevée que la concentration globale de l'industrie ternaire. En 2020-2021, CR3 / CR5 était respectivement de 35% / 52% et 38% / 55%, comparé à CR3 / CR5 / 93,6% et 68,6%, et CR3 / CR5 était respectivement de 53,5% / 73,8% et 53,9% / 73,4%, ce qui est plus concentré que la structure globale de la concurrence.

Les principales entreprises de cathodes ternaires mènent le développement de l'industrie

ZEC : le leader du monocristal ternaire de la technologie du grand monocristal de particules primaires, et l'entreprise de matériaux cathodiques ternaires avec la première livraison de monocristaux.

XTC : L'entreprise a accumulé une riche expérience dans le domaine des matériaux cathodiques, en tant que leader de l'industrie. En ce qui concerne les matériaux ternaires, l'entreprise tire pleinement les leçons de l'expérience acquise dans le domaine des matériaux cathodiques. batterie haute tension Elle développe activement des matériaux ternaires à haute tension avec les fabricants de batteries en aval, de sorte que les principaux produits présentent à la fois des avantages en termes de sécurité et de coût, tout en améliorant la densité énergétique.

EASPRING : la configuration mondiale des principaux fournisseurs de matériaux à trois yuans, avec l'avantage de la carte client mondiale des entreprises de matériaux cathodiques à trois yuans. Le champ d'activité de l'entreprise couvre le monde entier et elle est devenue l'une des rares entreprises nationales à vendre simultanément des matériaux de cathode de puissance au Japon, à la Corée du Sud, à l'Europe et aux États-Unis.

TECHNOLOGIE RONBAY : en se concentrant sur le matériau de cathode ternaire à forte teneur en nickel, leader en matière de cathode ternaire en Chine, en se concentrant sur le matériau de cathode ternaire à forte teneur en nickel.

MINMÉTAUX : est une entreprise de premier plan dans le domaine des cathodes ternaires qui présente des avantages exceptionnels en matière d'intégration de la chaîne industrielle. L'entreprise est entrée dans le domaine des matériaux cathodiques ternaires en 2011 et dispose d'une capacité de production de masse de matériaux cathodiques ternaires tels que NCM523, NCM622, NCM811 et NCA.