Situation de l'industrie des matériaux d'anode pour batteries au lithium-ion
Une variété de matériaux d'anode et divers indicateurs de performance
Les matériaux d'anode sont un élément important des batteries lithium-ion. Les batteries au lithium sont principalement composées de cathodes, d'anodes, d'électrolytes et de séparateurs. Le matériau de l'anode affecte principalement la capacité, l'efficacité initiale, la performance du cycle et le rendement de la batterie. densité énergétique de la batterie lithium-ion.
En tant que batterie à charge rapide, les batteries lithium-ion reposent principalement sur le mouvement rapide des ions lithium entre la cathode et l'anode. Au cours du processus de charge et de décharge, les ions lithium sont intercalés et désintercalés entre les deux électrodes.
Le matériau de l'anode est fabriqué en mélangeant le matériau actif de l'anode, le liant et les additifs. Il est étalé uniformément sur les deux côtés de la feuille de cuivre sous forme de pâte, et est formé par séchage et laminage.
Les matériaux d'anode des batteries au lithium-ion représentent environ 5% à 15% du coût des batteries de puissance. Dans la cellule NCM811, le matériau de l'anode représente environ 7,85% du coût de la cellule ; dans la batterie fer-lithium, le matériau de l'anode représente environ 6,07% du coût de la cellule.
Les matériaux d'anode des batteries au lithium-ion sont principalement divisés en deux catégories : les matériaux à base de carbone et les matériaux sans carbone. Avec les progrès technologiques, l'anode des batteries au lithium-ion est passée d'un simple graphite artificiel à la coexistence de plusieurs matériaux d'anode pour batteries au lithium-ion.
Les matériaux d'anode des batteries lithium-ion peuvent être divisés en deux catégories : les matériaux à base de carbone et les matériaux sans carbone. Les matériaux à base de carbone comprennent principalement le graphite, le graphène et les matériaux amorphes ; les matériaux sans carbone comprennent principalement les matériaux à base d'étain, les matériaux à base de titane, les matériaux actifs à base d'azote et les matériaux à base de silicium.
Il existe plusieurs indicateurs de performance pour les matériaux d'anode. Par rapport à d'autres matériaux pour batteries au lithium, les dimensions d'évaluation des performances des matériaux d'anode sont plus variées. Les indicateurs reflétant les performances des matériaux d'anode comprennent principalement la capacité spécifique, l'efficacité initiale, la durée de vie du cycle, la performance du taux, la densité de compactage, la densité de piquage, la densité réelle, la surface spécifique, etc.
La capacité spécifique fait référence à la quantité d'électricité qui peut être libérée par une unité de masse de matière active ; le premier rendement fait référence au premier rendement de décharge, qui est calculé en divisant la capacité de décharge du premier cycle de charge-décharge par la capacité de charge ; la performance de taux est une mesure de la capacité de charge-décharge de la batterie. un indicateur ;
La surface spécifique désigne la surface d'un objet par unité de masse, qui est un facteur important affectant la performance du taux ; la densité de compactage désigne la densité des matériaux actifs de l'anode et des liants transformés en morceaux de poteau après le laminage, qui affecte la capacité spécifique. Facteur clé ;
La densité de claquage est la densité qui dépend de la vibration pour que la poudre présente une forme d'emballage relativement serrée ; le cycle de vie a une corrélation cathodique avec l'expansion, et l'expansion de l'anode conduira à une mauvaise performance du cycle.
Du point de vue des indicateurs de performance spécifiques, la capacité spécifique théorique des matériaux composites silicium-carbone est actuellement la plus importante, pouvant dépasser 1000mAh/g, et la capacité spécifique du carbone dur dans les matériaux en carbone est également relativement élevée ;
En termes de première efficacité, le titanate de lithium, un matériau sans carbone, peut atteindre 99%, ce qui est proche de la limite théorique, et le graphite naturel et le graphite artificiel peuvent atteindre plus de 90%, tandis que la première efficacité du matériau composite silicium-carbone est relativement faible ;
En termes de durée de vie, les matériaux à base de carbone ont une durée de vie de plus de 1 000 fois. Parmi les matériaux autres que le carbone, le titanate de lithium a la meilleure performance de cycle, soit 30 000 fois, tandis que les matériaux composites silicium-carbone n'ont qu'une durée de vie de 300 à 500 fois.
En termes de sécurité, les matériaux à base de carbone se situent essentiellement à un niveau moyen, le titanate de lithium présente la meilleure sécurité parmi les matériaux autres que le carbone, et les matériaux pour anodes de batteries lithium-ion à base de silicium sont médiocres ;
En termes de charge rapide, le titanate de lithium reste performant. Dans l'ensemble, les différents matériaux ont leurs propres avantages et il est difficile de prendre en compte les différents indicateurs de performance. Le graphite artificiel et le graphite naturel dans les matériaux carbonés ont d'excellentes performances globales.
La capacité spécifique du titanate de lithium des matériaux autres que le carbone est faible, mais les autres avantages en termes de performances sont évidents ; la capacité spécifique théorique des matériaux composites à base de silicium présente des avantages absolus, mais d'autres propriétés doivent encore être améliorées.
Les matériaux à base de graphite ont un coût global élevé et les matériaux à base de silicium ont un grand potentiel d'application. À l'heure actuelle, le graphite artificiel et le graphite naturel dans les matériaux à base de carbone sont les principaux matériaux d'anode des batteries lithium-ion sur le marché.
Par rapport aux autres types de piles au lithium, les piles au graphite sont dotées d'une technologie et de processus de soutien plus matures, d'un large éventail de sources de matières premières, de prix peu élevés et d'avantages en termes de rentabilité globale. Ce sont les matériaux les plus courants actuellement.
Cependant, avec l'amélioration des performances des batteries au lithium, les inconvénients des matériaux en graphite ont également commencé à apparaître, et la capacité spécifique est devenue son point faible, tandis que la capacité spécifique du graphite naturel a pratiquement atteint la limite supérieure théorique.
Dans ce contexte, des matériaux d'anode de batterie lithium-ion à base de silicium, dont la capacité en grammes est bien supérieure à celle d'autres matériaux, sont apparus, et les matériaux à base de silicium sont également considérés comme des matériaux d'anode de batterie lithium-ion présentant un grand potentiel d'application à l'avenir, en raison de leur capacité spécifique supérieure.
Toutefois, au cours du processus de charge et de décharge des piles au lithium, le volume de silicium change considérablement, ce qui entraîne une pulvérisation du matériau, une augmentation de la résistance interne, une perte de contact électrique et une diminution rapide de la capacité, et le nouveau matériau d'anode présente certains problèmes d'adéquation avec d'autres matériaux de piles au lithium. L'application à grande échelle se heurte encore à certains obstacles.
L'électrification stimule l'expansion de la demande
Les avantages des grandes entreprises chinoises apparaissent
Le Japon a pris la tête de la commercialisation des piles au lithium et a été le leader mondial dans le domaine des anodes.
Le Japon est le premier pays à avoir commercialisé les piles au lithium. Avant 2000, la part globale des entreprises japonaises sur le marché des anodes atteignait plus de 90%, ce qui en faisait le leader mondial dans les premiers temps des anodes.
Toutefois, depuis les années 1990 en Chine, l'industrie des anodes pour batteries au lithium-ion a commencé à décoller et a connu un développement fulgurant, réalisant la substitution des importations de matériaux d'anodes pour batteries au lithium-ion.
Les matériaux d'anode des batteries lithium-ion chinoises ont commencé par des microsphères de mésocarbone et ont progressivement remplacé les importations. En termes de recherche et de développement technologique, l'Institut de recherche sur l'énergie thermique d'Anshan a développé pour la première fois en 1997 des microsphères de mésocarbone et a réalisé des essais de production à petite échelle ;
En 1999, Shanshan Co. et l'Institut de recherche sur l'énergie thermique d'Anshan ont créé une entreprise commune pour s'engager dans la recherche et le développement, la production et la vente de matériaux d'anode pour batteries au lithium-ion, et pour réaliser la promotion commerciale des matériaux d'anode pour batteries au lithium-ion en Chine ;
En 2001, Shanshan Co. Ltd. a réalisé la production à grande échelle de microsphères de mésocarbone et a commencé à la remplacer par la localisation, remplaçant le Japon comme principal fournisseur national de microsphères de mésocarbone.
Au cours des dix années de développement rapide de l'industrie des batteries au lithium, des entreprises chinoises ont vu le jour. De 2001 à 2010, l'industrie chinoise des anodes pour batteries lithium-ion a connu un développement fulgurant.
Au cours de cette période, le domaine numérique 3C a commencé à utiliser des piles au lithium pour l'alimentation électrique à grande échelle. Les microsphères de mésocarbone ont été limitées par leur faible capacité spécifique et leur prix élevé, et ont été progressivement retirées des scénarios d'application courants, remplacées par des matériaux en graphite ayant une capacité spécifique et un coût supérieurs.
En 2003, Bertray a développé avec succès le graphite sphérique avec du graphite naturel en flocons comme matière première et a réalisé l'industrialisation, et a achevé la modification du graphite naturel. Grâce à l'innovation continue et à l'amélioration des processus, la capacité spécifique du matériau en graphite naturel de Betri a atteint 360mAh/g, et le niveau de performance est le plus élevé au monde.
En 2005, Shanshan a développé avec succès un nouveau type de graphite artificiel et est devenue une entreprise leader dans le domaine du graphite artificiel en Chine. En 2010, les expéditions de matériaux d'anode de Bettary se sont classées au premier rang mondial et l'entreprise est devenue l'un des leaders mondiaux dans le domaine du graphite naturel.
Le marché des piles au lithium grand public est entré dans une phase de maturité, et les nouveaux véhicules énergétiques ont créé de nouvelles opportunités pour les piles au lithium électriques. Après 2011, le marché numérique 3C traditionnel est progressivement arrivé à maturité et le taux de croissance de la demande de piles au lithium numériques a ralenti, mais le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle a créé de nouvelles opportunités de développement pour l'industrie des piles au lithium.
À ce stade, Jiangxi Zichen est devenue une nouvelle star de l'industrie, s'appuyant sur les produits des séries FSN-1 et G1 pour réaliser des percées dans le domaine du graphite artificiel haut de gamme et parvenir à un développement rapide. Les matériaux d'anode sont largement utilisés sur le marché des piles au lithium en raison de leur maturité technologique et de leurs avantages en termes de performances.
Les entreprises chinoises accélèrent l'offre mondiale et disposent d'avantages concurrentiels évidents. À en juger par la structure actuelle de la concurrence mondiale, les entreprises chinoises détiennent une part de marché relativement importante. Les seules grandes entreprises d'anodes des autres pays sont Posco, Hitachi Chemical et Mitsubishi Chemical en Corée du Sud, tandis que les entreprises chinoises comprennent Bettray, Ningbo Shanshan, Jiangxi Zichen et Dongguan Kaijin, ainsi que de nombreuses autres entreprises.
Selon les statistiques, la production mondiale de matériaux d'anode pour batteries lithium-ion en 2020 sera de 530 000 tonnes, et la production de la Chine sera de 365 000 tonnes, représentant 69% du total ; plus de 92%.
Compte tenu de la forte consommation d'énergie et des caractéristiques à forte intensité technologique de la production de matériaux d'anode pour batteries lithium-ion, le rythme d'expansion de la production dans d'autres pays est nettement plus lent qu'en Chine. La part de marché des entreprises chinoises devrait continuer à augmenter à l'avenir, et les entreprises chinoises disposent d'avantages évidents.
La demande en aval continue de croître
Les principaux domaines d'application en aval des piles au lithium sont les piles de puissance, les piles numériques 3C et les piles de stockage d'énergie.
Parmi elles, les piles électriques constituent un pôle de croissance important pour la demande future de piles au lithium. Bénéficiant de l'essor des véhicules à énergie nouvelle, les batteries de puissance entrent dans une phase de développement accéléré. Avec le soutien des politiques de différents pays, la croissance de la demande de piles au lithium de puissance est relativement certaine, et il y a de la place pour une croissance future. large ;
Le marché numérique traditionnel 3C est entré dans une phase de maturité, et le marché tend à être saturé. À l'avenir, la demande de piles numériques proviendra principalement des appareils domestiques intelligents et des appareils portables. La vague de remplacement de la 5G constituera également un certain soutien à la demande de batteries numériques.
Le stockage de l'énergie est l'océan bleu des piles au lithium, ce qui devrait créer un énorme marché pour la demande de piles au lithium.
Avec la croissance rapide de la demande en aval, la taille du marché des matériaux d'anode pour batteries au lithium-ion continue de s'étendre. De 2015 à 2020, les expéditions de matériaux d'anode pour batteries au lithium-ion en Chine sont passées de 72 800 tonnes à 365 000 tonnes, avec un taux de croissance composé sur 5 ans de 38,05%.
Le marché chinois des matériaux d'anode pour batteries au lithium-ion est passé de 3 milliards de yuans à 14,8 milliards de yuans, avec un taux de croissance annuel composé sur 5 ans de 37,6%. En 2021, profitant de la croissance rapide du marché en aval des batteries au lithium, les expéditions de matériaux d'anode pour batteries au lithium-ion en Chine s'élèveront à 720 000 tonnes, soit une augmentation de 97% en glissement annuel.
Le taux de croissance du marché numérique traditionnel 3C a ralenti, et les applications 5G ont augmenté la consommation de piles grand public.
Les piles au lithium grand public constituent un important domaine d'application en aval des piles au lithium. Grâce à la popularisation des outils de communication et au développement rapide des produits intelligents, la taille du marché des piles au lithium grand public continue de croître.
Cependant, le marché numérique traditionnel des 3C est entré dans une phase de maturité et le taux de croissance des produits a ralenti. Selon les données, depuis 2013, le taux de croissance des ventes mondiales de smartphones a ralenti. En 2020, le volume des ventes diminuera de 12,5%, et la croissance de l'anode se poursuivra ; 5,42%.
La saturation de la demande sur le marché chinois des smartphones est plus lente que sur le marché mondial, mais depuis 2016, les livraisons de smartphones ont diminué d'une année sur l'autre.
À l'avenir, la vague de remplacement des téléphones 5G devrait constituer un certain soutien pour le marché des smartphones. Selon les données, le volume des ventes de téléphones mobiles 5G devrait atteindre 416 millions d'unités en 2030, soit 28,1%.
Les appareils portables et les appareils domestiques intelligents entraînent une augmentation de la demande. De 2018 à 2020, les livraisons mondiales d'appareils portables se sont élevées respectivement à 186 millions d'unités, 337 millions d'unités et 445 millions d'unités, avec un TCAC sur deux ans de 54,62%.
En 2020, les dépenses des utilisateurs finaux pour les dispositifs portables s'élèveront à 1,4 milliard de dollars américains, dont les écouteurs intelligents, les montres intelligentes et les bracelets intelligents occuperont la plus grande part du marché, représentant respectivement 59,14%, 23,08% et 17,08%.
Selon les prévisions, les dépenses mondiales liées aux dispositifs portables atteindront 81,5 milliards de dollars américains en 2021, soit une augmentation de 18,11 % en glissement annuel, et le marché dispose d'une grande marge de développement.
Livraisons de smartphones en Chine de 2013 à 2021 (unité : 100 millions d'unités)
Le marché des batteries numériques a encore une marge de croissance. En 2018, la demande du marché mondial des batteries numériques était de 68,3GWh, dont 31,8GWh pour la Chine.
Selon les prévisions, en 2023, le marché mondial des batteries numériques atteindra 89 GWh ; le marché chinois des batteries numériques atteindra 43 GWh, et les smartphones haut de gamme, les dispositifs portables et les drones deviendront les principaux points de croissance.
Le stockage d'énergie mécanique est largement utilisé, et le stockage d'énergie électrochimique présente des avantages évidents. En 2020, la capacité installée cumulée de stockage d'énergie en Chine sera de 35,6 GW, représentant 18,60% du total mondial, et la capacité nouvellement installée sera de 3,2 GW ; en 2021, la capacité installée cumulée de stockage d'énergie en Chine atteindra 45,74 GW, soit une augmentation de 28,48% d'une année sur l'autre.
Le stockage mécanique de l'énergie est actuellement la méthode la plus utilisée en Chine. Toutefois, en raison de facteurs tels que les contraintes de terrain et les longues périodes de construction, le stockage d'énergie par pompage ne peut pas répondre aux scénarios d'application tels que la régulation des pics et de la fréquence du réseau électrique, et le stockage d'énergie domestique.
La technologie de stockage électrochimique de l'énergie présente les avantages d'un temps de réponse court, d'une densité énergétique élevée, de la flexibilité et de la commodité, ainsi que d'un faible coût de maintenance. Elle n'est pratiquement pas affectée par les conditions naturelles et peut être appliquée de manière efficace et flexible à divers scénarios de stockage d'énergie.
En 2020, la part de marché du stockage d'énergie par pompage est de 89,3%, en baisse par rapport à 93,7% en 2019 ; le stockage d'énergie électrochimique représente 9,2%, soit une augmentation de 4,3 points de pourcentage par rapport à la même période de l'année dernière.
Le marché du stockage électrochimique de l'énergie présente un énorme potentiel de développement. Les trois principaux scénarios d'application du stockage électrochimique de l'énergie sont le réseau, l'utilisateur et la production d'énergie.
Ces dernières années, la capacité installée de stockage d'énergie électrochimique a augmenté rapidement. En 2020, la capacité installée cumulée de stockage d'énergie électrochimique en Chine atteindra 3,27 GW, soit une augmentation de 91,23% d'une année sur l'autre.
L'industrie du stockage d'énergie électrochimique a un énorme potentiel de développement. D'une part, le futur Internet énergétique nécessitera un grand nombre d'équipements de stockage d'énergie ; d'autre part, avec la promotion progressive de la technologie 5G, le rythme de construction des stations de base 5G s'est accéléré, et la demande de batteries de stockage d'énergie a augmenté.
Les ions lithium sont le principal moyen de stockage électrochimique de l'énergie. Dans le domaine du stockage électrochimique de l'énergie, les batteries lithium-ion sont la principale méthode, représentant 88,8%, suivies par les batteries plomb-acide, représentant 10,2%.
Par rapport aux batteries plomb-acide traditionnelles, les batteries lithium-ion présentent des avantages en termes de performances, tels qu'une faible pollution et une longue durée de vie. Comme le prix des batteries lithium-ion continue de baisser et que le modèle commercial arrive à maturité, on s'attend à ce que le lithium-ion remplace de plus en plus les batteries plomb-acide.
Selon les statistiques, entre 2010 et 2020, le prix moyen mondial des batteries au lithium est passé de 1,100T/KWh à 1,137T/KWh. En 2020, les livraisons de batteries lithium-ion pour le stockage de l'énergie en Chine atteindront 16,2 GWh, soit une augmentation de 76% d'une année sur l'autre.
L'accélération du rythme de construction des stations de base 5G stimule la demande de batteries lithium-ion de stockage d'énergie. Le stockage d'énergie de la station de base de communication peut être utilisé non seulement comme source d'énergie de secours, mais aussi pour réguler les pics et la fréquence entre les charges élevées et faibles du réseau, afin de réduire les fluctuations du réseau électrique et d'assurer le bon fonctionnement de la station de base de communication.
Avec l'avènement de l'ère de la 5G, les investissements liés à la 5G des trois principaux opérateurs continuent d'augmenter. En 2021, China Mobile investira 110 milliards de yuans, China Telecom 39,7 milliards de yuans et China Unicom 35 milliards de yuans.
Les trois principaux opérateurs ont construit un total de 1,15 million de stations de base 5G, couvrant toutes les villes de niveau préfecture (inclus) et plus dans le pays.
L'électrification des automobiles est devenue un consensus mondial et l'industrie a connu un développement vigoureux. La crise énergétique mondiale et les problèmes de pollution de l'environnement devenant de plus en plus importants, le développement de l'industrie des véhicules à énergie nouvelle a été hautement valorisé, et le développement des véhicules à énergie nouvelle a fait l'objet d'un consensus à l'échelle mondiale.
De 2015 à 2021, les ventes mondiales de véhicules à énergie nouvelle passeront de 440 000 à 6,35 millions, avec un taux de croissance annuel moyen sur six ans de 56%. En ce qui concerne le marché chinois, la Chine, qui est le plus grand marché mondial de véhicules à énergie nouvelle, a connu un développement rapide ces dernières années grâce au soutien des politiques nationales.
De 2016 à 2017, les politiques réglementaires et les politiques de subvention pour les véhicules à énergie nouvelle ont été successivement introduites, et le marché est entré dans une phase de développement soutenu et rapide. En 2018, le marché des véhicules à énergie nouvelle a poursuivi la forte tendance à la croissance observée en 2017, les ventes ayant augmenté de 62% en glissement annuel pour atteindre 1,26 million ;
Le volume des ventes en 2019 était de 1,206 million d'unités, soit une baisse en glissement annuel ; le volume des ventes en 2020 était de 1,37 million d'unités, soit une augmentation de 13% en glissement annuel, et la prospérité a rebondi ; le volume des ventes en 2021 était de 3,52 millions d'unités, soit une augmentation de 158% en glissement annuel, et le marché a repris une croissance rapide.
Le développement des véhicules à énergie nouvelle a entraîné une augmentation rapide de la demande de piles au lithium et de matériaux d'anode de puissance. Dans un contexte où la Chine, l'Europe, le Japon, la Corée du Sud, les États-Unis et d'autres grands pays développent vigoureusement les véhicules à énergie nouvelle, le marché mondial des piles au lithium de puissance a maintenu une tendance de croissance rapide ces dernières années.
Au cours des prochaines années, avec la mise en œuvre du système chinois de double point pour les véhicules à énergie nouvelle et l'accélération de l'électrification des véhicules dans les pays de l'UE et au Royaume-Uni, les piles au lithium de puissance maintiendront une forte tendance à la croissance, stimulée par les terminaux des véhicules à énergie nouvelle.
On s'attend à ce que le marché mondial des piles électriques au lithium continue à maintenir une tendance de croissance rapide. D'ici 2024, la capacité installée mondiale des batteries lithium de puissance atteindra 1192 GWh, et la demande mondiale de matériaux d'anode pour batteries lithium-ion de puissance atteindra 1,36 million de tonnes, avec un CAGR de 54% par rapport à 2021. .
Compte tenu des applications dans les domaines de l'électricité, du stockage de l'énergie et du numérique, la demande mondiale de matériaux pour anodes de batteries au lithium-ion devrait atteindre 1,59 million de tonnes en 2024, avec un taux de croissance annuel moyen (CAGR) de 46% par rapport à 2021.
L'industrie est confrontée à de multiples obstacles
Le capital et la technologie constituent des barrières à l'entrée
Le capital et la technologie constituent des barrières à l'entrée, et les barrières sectorielles sont élevées.
Le capital, la technologie et les clients ont érigé de multiples barrières industrielles, et le statut des entreprises leaders dans le domaine des anodes s'est continuellement renforcé. La recherche et le développement de produits anodiques nécessitent un investissement important en capital, et le processus de recherche et de développement comporte des incertitudes. La solidité financière des entreprises est soumise à certaines exigences et il existe des barrières à l'entrée.
Après l'entrée de l'entreprise, l'amélioration continue du processus de production exige que l'entreprise dispose d'un bagage technique approfondi et qu'elle mène des recherches approfondies sur la sélection des matières premières et les détails du processus, et les barrières industrielles sont relativement élevées.
Dans le processus d'amélioration de nombreux indicateurs de performance, les chefs d'entreprise ont une production élevée, de nombreux tests, une expérience de production et des réalisations accumulées, et ont des avantages dans l'amélioration de la performance globale des produits.
En raison de facteurs tels que la production et la qualité, les clients de haute qualité en aval établissent généralement une coopération avec des entreprises de premier plan, et parce que les clients sont très prudents dans la sélection des produits,
Une fois la relation d'approvisionnement déterminée, la probabilité de remplacement est faible et la fidélité du client est élevée, ce qui a pour conséquence que les dividendes de la croissance de l'action des entreprises leaders en aval sont souvent partagés par les entreprises leaders dans le domaine des matériaux d'anode pour batteries au lithium ion, et que la position de leader des entreprises leaders dans le domaine des anodes pour batteries au lithium ion est continuellement renforcée.
Le marché des anodes est très concentré et le paysage concurrentiel est relativement bon.
Par rapport à d'autres matériaux pour batteries au lithium, la concentration du marché des matériaux d'anode pour batteries au lithium ionique est relativement élevée, et le modèle de concurrence de l'industrie est relativement bon. En 2020, les matériaux d'anode au lithium CR3 et CR6 sont respectivement de 53% et 76%. En 2021, les matériaux d'anode de lithium CR3 et CR6 sont respectivement de 50% et 80%, et la concentration de tête a diminué.
En 2020, les quatre premières entreprises en termes de volume de ventes dans l'industrie des anodes sont Betri, Jiangxi Zichen, Shanshan Technology et Dongguan Kaijin, avec des livraisons de 75 000 tonnes, 63 000 tonnes, 60 000 tonnes et 48 000 tonnes respectivement.
Parmi elles, Beitray, Jiangxi Zichen et Shanshan Technology occupent la première place, tandis que Dongguan Kaijin a obtenu de bons résultats ces dernières années. Avec le développement de Dongguan Kaijin, le modèle des matériaux d'anode de lithium est passé de "trois grands et beaucoup de petits" à "quatre grands et beaucoup de petits".
La concentration du marché dans le domaine du graphite naturel est plus élevée, ce qui montre que le marché est dominé par une seule entreprise.
Dans le domaine du graphite naturel, la concentration du marché est plus forte, et l'entreprise leader Bettray est la seule, avec une part de marché chinoise de 67% et 64% respectivement en 2020-2021 ;
Vient ensuite Xiangfenghua, avec une part de marché de 15% et 17% respectivement au cours de la même période ; Jiangxi Zhengtuo et Zhongke Electric sont les principaux acteurs du marché.
Le marché du graphite artificiel est plus fragmenté et présente une structure à "trois piliers". Les trois principales entreprises du secteur du graphite artificiel sont Jiangxi Zichen, Shanshan et Kaijin Energy.
S'appuyant sur Shanghai Putailai, Jiangxi Zichen dispose d'avantages en termes de partenaires et de technologies. Elle a établi une coopération approfondie avec CATL dans le domaine des batteries d'énergie, ainsi qu'une coopération avec des entreprises de classe mondiale telles que ATL, SDI et Ha Guangyu dans le domaine numérique. La part de marché de la Chine en 2020-2021 sera respectivement de 21% et 20% ;
En tant qu'entreprise leader traditionnelle de l'industrie des batteries au lithium, Shanshan dispose d'une chaîne industrielle relativement complète, avec une part de marché de 18% et 17% en Chine entre 2020 et 2021 ; la part de marché de Kaijin Energy pour la même période est de 14% et 11%, respectivement. Par rapport au graphite naturel, la concentration du marché du graphite artificiel est plus faible et la concurrence sur le marché est plus suffisante.
Garantir l'approvisionnement et réduire les coûts est une demande à court terme
Les matériaux à base de silicium ont un grand potentiel
À ce stade, le graphite artificiel est la voie principale pour les anodes. Du point de vue des types de matériaux d'anode de lithium, depuis 2014, les expéditions de matériaux d'anode de graphite ont toujours représenté plus de 92%.
Parmi eux, le volume des expéditions d'anodes en graphite artificiel est passé de 29 000 tonnes en 2014 à 310 000 tonnes en 2020. La part de marché a augmenté d'année en année, et la proportion des expéditions est passée de 56% à 84%. En 2021, la proportion d'expéditions restera à 84% ;
Les expéditions de matériaux d'anode en graphite naturel ont augmenté lentement d'année en année, mais la proportion des expéditions a chuté de manière significative, passant de 38% en 2014 à 16% en 2020, puis à 14% en 2021. Par conséquent, la nouvelle capacité du marché est dominée par les matériaux d'anode en graphite artificiel.
Les matériaux à base de silicium ont un grand potentiel d'application et le marché futur est vaste. Par rapport aux matériaux à base de graphite, les matériaux à base de silicium ont une capacité théorique plus élevée et constituent de nouveaux matériaux d'anode avec un grand potentiel d'application.
Le matériau anodique silicium-carbone est né dans les années 1990, lorsque Moli et Sony au Japon ont introduit des batteries lithium-ion avec du carbone comme anode. Par la suite, les recherches se sont concentrées sur la combinaison de particules de silicium microniques ou nanostructurées avec du carbone et les ont appliquées au matériau d'anode.
En 2016, un institut de recherche sud-coréen a résolu efficacement le problème de l'expansion du volume de silicium par dépôt chimique en phase vapeur et a fourni un soutien technique pour promouvoir la production à grande échelle de matériaux d'anode composites silicium-carbone. Toutefois, en raison de la maturité de la technologie et du problème de correspondance avec d'autres matériaux d'anode, les matériaux à base de silicium n'ont pas encore été appliqués à grande échelle.
À l'avenir, compte tenu de la demande croissante de densité énergétique des véhicules à énergie nouvelle, la recherche, le développement et l'introduction d'anodes en carbone silicium devraient s'accélérer.
Si l'on en juge par la capacité de production et la production des principales entreprises chinoises existantes, Betri occupe une position de premier plan en Chine en termes de matériaux d'anode à base de carbone de silicium. En 2013, elle a passé la certification de Samsung et a commencé la production et la fourniture de masse.
En 2020, les expéditions chinoises d'anodes à base de silicium ont atteint 9 000 tonnes, soit une augmentation de 143% en glissement annuel. On estime que d'ici 2025, la demande mondiale de matériaux d'anode à base de silicium devrait atteindre 31,3 tonnes.
La technologie de graphitisation devrait accélérer l'itération
L'amélioration continue des processus et le contrôle efficace des coûts deviendront le cœur de la compétitivité de l'entreprise. Avant l'application à grande échelle de nouveaux matériaux d'anode, les matériaux d'anode à base de graphite continueront à dominer, et le graphite artificiel restera le matériau principal.
Dans le cadre de la mesure d'indicateurs de performance diversifiés, face à la demande du marché en matière de réduction des coûts des véhicules à énergie nouvelle et de parité du stockage de l'énergie, l'amélioration continue des processus et le contrôle efficace des coûts deviendront le cœur de la compétitivité des entreprises à l'avenir.
Du point de vue du processus de préparation du graphite artificiel, les principaux processus sont les suivants : matière première - broyage (prétraitement) - granulation (graphite artificiel) - graphitisation - criblage, le processus de production est relativement complexe. Parmi eux, la sélection des matières premières, la granulation et la graphitisation sont trois maillons très importants.
Le lien avec les matières premières implique à la fois le coût et la qualité. En ce qui concerne la sélection des matières premières, les matières premières en amont du graphite artificiel se répartissent entre le coke de charbon, le coke de pétrole et le coke de pétrole. Les prix des différents cokes varient considérablement, ce qui constitue un élément important du contrôle des coûts.
La différence globale dans l'industrie de la granulation n'est pas grande, mais les obstacles à la granulation secondaire sont extrêmement élevés, et le déterminant important de la performance du produit est le lien clé de l'ensemble du processus.
Le processus de graphitisation nécessite un traitement thermique à haute température, ce qui implique un investissement important en équipements et une consommation d'énergie élevée. De nombreuses entreprises choisissent d'externaliser le traitement, et d'autres choisissent l'implantation de la graphitisation. Elles choisissent l'emplacement dans la zone à faible coût de consommation d'énergie, améliorent l'agencement de leur propre chaîne industrielle et contrôlent le coût de production du produit.
Les matières premières et la graphitisation sont les éléments clés de la réduction du coût des anodes. Dans le coût des anodes, le coût des matières premières et de la graphitisation représente plus de 85%, ce qui constitue les deux maillons clés du contrôle des coûts des produits anodiques.
Si l'on prend l'exemple de Jiangxi Zichen, dans la structure des coûts de ses produits en graphite artificiel, les matières premières représentent environ 40%, les coûts de main-d'œuvre environ 2%, les frais de traitement (principalement la graphitisation) environ 51% et les coûts de fabrication environ 7%.
Le coût de la graphitisation se compose principalement des coûts de l'électricité, des creusets, des coûts de fabrication, etc. La graphitisation de chaque tonne de matériaux d'anode nécessite environ 14 000 à 16 000 kWh d'électricité. Selon le prix de l'électricité industrielle de 0,6 RMB/kWh, cela représente environ 0,84-0,96 million de RMB/tonne, soit plus de 60% du coût de la graphitisation.
La capacité de production de graphitisation en Mongolie intérieure est concentrée, et l'offre restreinte de graphitisation limite l'offre de matériaux d'anode. Selon les statistiques incomplètes de Baichuan Yingfu, la capacité de production de graphite en Mongolie intérieure en 2021 sera de 271 000 tonnes, représentant 41% du total national de 658 000 tonnes. La Mongolie intérieure est devenue la clé de l'approvisionnement en graphitisation des anodes.
Depuis le début de l'année 2021, différentes mesures de contrôle ont été adoptées pour différentes industries. Le matériau d'anode appartient à l'industrie des nouveaux matériaux. La proportion de réduction de la consommation d'électricité encouragée par l'État n'est que de 20-30%, ce qui correspond à environ 20 000 tonnes de capacité de production locale, soit 2,86% pour le pays. pas grand-chose ;
Le taux de réduction de la puissance des entreprises de graphitisation d'anodes indépendantes et de soutien est compris entre 20 et 50%, affectant environ 54 000 à 136 000 tonnes de capacité de production, représentant environ 8,2% à 20,67% de la capacité de production nationale, et l'impact est relativement important.
En outre, la superposition de l'influence du chauffage hivernal et des Jeux olympiques d'hiver a aggravé la pénurie de graphitisation des anodes. Les entreprises de matériaux d'anodes sont limitées dans leur production et leurs ventes en raison de la rareté des ressources de graphitisation.
Pour garantir l'approvisionnement et réduire les coûts, les entreprises d'anodes se sont "donné la main" pour accélérer la construction intégrée de l'agencement. D'une part, la capacité de production du processus de graphitisation est insuffisante et les fabricants d'anodes augmentent le taux d'auto-approvisionnement de la graphitisation pour garantir la capacité de production ;
D'autre part, pour réduire les coûts et améliorer la rentabilité, le coût de l'externalisation et de la graphitisation autonome est très différent, et l'augmentation du taux d'auto-approvisionnement améliorera considérablement la rentabilité. Selon les résultats des calculs du prospectus de Shangtai Technology, la proportion de graphitisation autonome augmentera de 20% , la marge bénéficiaire brute des matériaux d'anode augmentera de 6 points de pourcentage.
À l'avenir, l'industrie des batteries au lithium entrera dans l'ère de la concurrence mondiale et le coût deviendra un facteur concurrentiel important. On s'attend à ce que les principales entreprises de matériaux d'anode passent progressivement du "modèle de production basé sur un traitement externalisé" au "modèle intégré basé sur une capacité de graphitisation auto-construite". "Dans le cadre de la transformation, la nouvelle capacité de production est située dans des régions où les prix de l'électricité sont moins élevés afin d'obtenir de meilleurs avantages en termes de coûts.
L'offre et la demande de graphitisation sont serrées, et l'augmentation continue des frais de traitement de la graphitisation pousse l'anode à entamer un cycle d'augmentation des prix. Les frais de traitement de la graphitisation sont passés de 14 500 yuans/tonne début décembre 2020 à aujourd'hui, et l'ajustement des prix en avril, juillet, septembre et novembre varie de 500 à 1 000 yuans/tonne. Le 12 avril 2022, il atteindra 28 000 yuans/tonne, soit une augmentation de 93% %.
Le prix des matériaux d'anode augmente et le bateau diminue. Selon les données d'information de Xinyu, le nœud d'augmentation du prix de l'anode sera retardé de trois mois et commencera en février 2021. Si l'on prend l'exemple du graphite artificiel de milieu de gamme, il atteindra 50 000 RMB/tonne le 12 avril 2022. Le prix de l'anode, qui était de 41 500 RMB/tonne au début du mois de février 2021, est passé à 20%.
Le déficit de l'offre de graphitisation persistera, et les principaux fabricants d'anodes devraient accélérer leur auto-approvisionnement pour améliorer leur rentabilité. La capacité de production de graphitisation externalisée existante est limitée par la politique de double contrôle de la consommation d'énergie, et la plupart des nouvelles capacités de production sont des projets intégrés construits par les fabricants d'anodes.
Étant donné que l'évaluation et l'approbation plus strictes de l'énergie affecteront la progression de la construction du projet et que le projet de graphitisation aura encore besoin d'environ six mois pour achever la montée en puissance de la capacité de production après sa mise en service, on s'attend à ce que l'offre de graphitisation reste insuffisante au cours de l'année prochaine. Les principaux fabricants d'anodes sont à la tête de la mise en place de la graphitisation et de l'auto-approvisionnement, ce qui devrait encore renforcer la réduction des coûts et l'augmentation des bénéfices.
La technologie traditionnelle de production de graphitisation reste à un niveau peu élevé, loin de répondre aux exigences de la production industrielle. La graphitisation fait référence au changement physique par lequel le carbone non graphitique subit un traitement thermique à plus de 2000 °C pour parfaire le développement de la structure d'empilement des couches du réseau hexagonal du plan atomique du carbone et le transformer en carbone graphitique avec une structure tridimensionnelle régulière et ordonnée du graphite.
L'objectif est d'améliorer la conductivité thermique et électrique ainsi que la stabilité chimique des matériaux en carbone. Selon la méthode de fonctionnement de l'équipement de graphitisation, le processus de graphitisation peut généralement être divisé en méthode de graphitisation par lots et méthode de graphitisation en continu.
Les équipements traditionnels de traitement par lots sont principalement le four d'Acheson et le four de graphitisation à chaleur interne. Le four d'Acheson est le four de graphitisation le plus ancien et le plus répandu. En tant que produit semi-fini, un traitement thermique à haute température est effectué à une température de 2300°C ou plus pour le transformer en produit de graphite.
Les avantages de ce procédé sont la simplicité de la structure de l'équipement, la facilité d'entretien et la commodité d'utilisation. Les inconvénients sont la longue durée de mise sous tension, le faible taux d'utilisation de l'énergie, la grande différence de température dans le four et le fait qu'il n'est pas adapté à la production de graphite granulaire.
Le four de graphitisation à chaleur interne est une technologie de graphitisation économe en énergie qui n'utilise pas de matériau de résistance et qui utilise l'électrode de grillage elle-même comme élément chauffant ;
Ses avantages sont principalement une efficacité de chauffage élevée, un cycle de transmission de puissance court, une faible consommation d'énergie (au moins 1000 kWh par tonne de consommation d'électricité par tonne de four DC Acheson), etc., mais il ne peut toujours pas résoudre le problème de la grande perte de dissipation de chaleur, du long temps de refroidissement et de l'utilisation inadaptée. Dans la production de graphitisation granulaire et d'autres problèmes.
Ces dernières années, les fabricants ont poursuivi l'amélioration technologique de la graphitisation par la transformation des fours et l'innovation des procédés, et la graphitisation en boîte et la graphitisation en continu devraient être à la pointe du développement technologique.
1) Le processus de graphitisation en boîte est basé sur le four de graphitisation Acheson. Une boîte de plaques de carbone est installée dans le four pour réduire la consommation de tonnes et augmenter la capacité de production en augmentant la capacité du four. À l'heure actuelle, le processus a été automatisé. Les fabricants représentatifs sont Putailai, Shanshan Co, Ltd, Zhongke Electric, etc ;
2) La graphitisation continue adopte la technologie de circulation, et la température maximale peut atteindre plus de 3000℃, ce qui permet de réaliser une alimentation et un déchargement continus à haute température, et présente les avantages d'un cycle de traitement court, d'une faible consommation de tonnes et d'un respect de l'environnement.
Cependant, il est difficile de traiter des matériaux d'anode avec un degré élevé de graphitisation, et l'application industrielle n'a pas encore été réalisée. Parmi les fabricants représentatifs, on peut citer Sunward Intelligent, etc.
Enfin, si vous souhaitez connaître les coordonnées des entreprises chinoises qui fabriquent des matériaux d'anode, vous pouvez consulter le site suivant Les 10 premiers fabricants de matériaux d'anode.
