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Mientras el mercado de capitales aplaude la inversión en vehículos de nueva energía, los verdaderos propietarios de automóviles están preocupados por si sus vehículos eléctricos se encenderán espontáneamente sin ningún motivo.
Los datos de Yiou Think Tank muestran que en 2020 ocurrieron en China un total de 27 accidentes de combustión espontánea de vehículos eléctricos, incluido el estacionamiento, la conducción, la carga y, entre ellos, la proporción de combustión espontánea durante el accidente. el estacionamiento superó el 44,4.
Detrás de la combustión espontánea se esconde principalmente la fuga térmica de las baterías ternarias de litio.
La alta densidad energética y la seguridad se sitúan en ambos extremos de la escala. Cómo lograr ambas es una cuestión inevitable para las empresas de vehículos de nuevas energías.
El año pasado, BYD y Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. lanzaron tecnologías innovadoras de paquetes de baterías de fosfato de hierro y litio, logrando el doble objetivo de seguridad y duración de la batería al reducir el número de piezas y aumentar la energía volumétrica. densidad del paquete de baterías.
Sin embargo, esta solución tiene muchas limitaciones. Un alto grado de CTP a menudo requiere que las empresas de baterías cooperen con los fabricantes de vehículos desde la etapa del chasis para personalizar las baterías de forma conjunta. Debido a la importancia del chasis y la dispersión de las necesidades de seguridad del suministro, las empresas automotrices deben sopesar los pros y los contras de una agrupación profunda.
Ahora ha surgido una nueva solución, los materiales cuaternarios. ¿Este material, que es más seguro, más estable, más duradero y de menor costo que el ternario con alto contenido de níquel, se convertirá en una tendencia importante en el futuro? ¿Quién produce ahora en masa baterías cuaternarias?
Los datos de GGII muestran que en mayo de 2021, la capacidad instalada de baterías de fosfato de hierro y litio de China alcanzó los 8,8 GWh, lo que representa el 63,6 de la capacidad instalada total, superando con creces los 5,0 GWh de las baterías ternarias.
Ya en octubre del año pasado, el fosfato ferroso de litio comenzó a tocar fondo, confiando en modelos populares como Wuling Hongguang, el Tesla Model 3 nacional, BYD Han EV y otras compañías de vehículos de nueva energía para lanzar iones de litio. modelos, la capacidad instalada de las baterías de fosfato de hierro y litio ha aumentado.
Detrás de esto, la innovación en baterías es inseparable. En los últimos 20 años, con la introducción de la tecnología de cuchillas CTP y BYD, se ha explorado más a fondo el potencial del hierro-litio. La mejora en la eficiencia de las baterías ha llevado a un aumento en la densidad de energía, y el hierro-litio ha marcado el comienzo de un renacimiento.
Sin embargo, en comparación con el ternario, las perspectivas de desarrollo del fosfato de hierro y litio siempre han sido limitadas.
En la actualidad, la densidad de energía real de un único núcleo de hierro-litio está cerca del límite teórico, 200 Wh/kg. En otras palabras, las empresas automovilísticas, si quieren mejorar la densidad energética, sólo pueden empezar con la densidad energética volumétrica. Por ejemplo, el Han lanzado por BYD está equipado con una batería tipo cuchilla. La batería tiene una densidad de energía volumétrica de hasta 229 Wh/L y una autonomía de 605 km.
El éxito de BYD Han Daofeng Battery se basa más en el diseño de su automóvil clase C. La distancia entre ejes de Han es de 2,92 metros, lo que deja un gran espacio de instalación para el paquete de baterías, mientras que la distancia entre ejes de los coches de clase A normales es de 2,3 a 2,5 metros. En un coche de clase A con un tamaño relativamente limitado, todavía es difícil alcanzar una autonomía de más de 500 km.
Esto limitará las opciones de consumo de algunos propietarios de automóviles de clase A que tienen una mayor preferencia por el kilometraje, y estos propietarios de automóviles son los mayores consumidores de automóviles de pasajeros en mi país. Según datos de la Asociación de Automóviles de Pasajeros, las ventas de automóviles de pasajeros de clase A en China representarán el 60% en 2020.
Por otro lado, para las baterías ternarias, dado que el cátodo ternario aún se encuentra en la etapa ascendente de iteración tecnológica, el límite superior de densidad de energía de las baterías ternarias es de aproximadamente 300 wh/kg, que sigue siendo el 30 %. por encima del nivel actual de 240wh/kg.
A medio y largo plazo, las baterías ternarias con alto contenido de níquel siguen siendo el antídoto contra la "ansiedad por el kilometraje" de los consumidores.
Los propietarios de automóviles que han comprado vehículos de nueva energía generalmente tienen "ansiedad de autonomía" y temen que, al conducir el vehículo eléctrico, la batería se agote repentinamente y colapse.
Esta preocupación no es infundada. Actualmente, la gama de cruceros nacionales adopta el estándar de condiciones de trabajo NEDC. Al probar la autonomía del vehículo, se apagarán los equipos que consumen energía, como aires acondicionados, faros y estéreos. Además, esta norma europea es difícil de adaptar a las complejas condiciones de las carreteras urbanas de China, lo que genera una cierta brecha entre el kilometraje NEDC y el kilometraje real.
En la conducción diaria, las personas mejorarán el confort de conducción escuchando música, encendiendo el aire acondicionado y utilizando el sistema de entretenimiento del coche. Estas acciones consumirán energía eléctrica y, por tanto, afectarán la autonomía del vehículo.
La industria generalmente cree que un vehículo de nueva energía con una autonomía de crucero nominal de 400 kilómetros tiene una autonomía de crucero real de unos 280 kilómetros, lo que equivale a un descuento del 30%, especialmente en un entorno bajo cero en invierno. , la autonomía True del vehículo puede sufrir descuentos adicionales.
En general, el potencial y el margen de mejora de los materiales ternarios son mejores que los del hierro-litio, y las empresas automotrices también están evolucionando constantemente hacia materiales ternarios con alto contenido de níquel y mayor densidad energética.
Además de BYD, que es todo hierro-litio, las empresas automotrices nacionales independientes todavía utilizan principalmente ternario. Algunos modelos, como Roewe y Xpeng P7, también están equipados con la misma versión de hierro-litio como un modelo de bajo consumo. versión final para que los consumidores elijan.
Para los modelos posicionados en el mercado de gama media a alta, las empresas automotrices nacionales y extranjeras adoptan en su mayoría soluciones ternarias con alto contenido de níquel. Los autos nuevos potenciales incluyen Volkswagen ID4, BMW IX3, Ford Mach-E, Jikrypton 001, Zhiji L7, BAIC Alpha S, etc.
Pero Sanyuan no es perfecto. Cómo garantizar la estabilidad térmica de las baterías y mejorar su ciclo de vida son obstáculos en el camino hacia el desarrollo ternario.
Dado que los radios de los iones de níquel divalentes y los iones de litio en materiales ternarios son cercanos, a medida que aumenta el contenido de níquel, la probabilidad de descarga mixta de Li y Ni en materiales ternarios aumenta rápidamente durante la preparación de sinterización a alta temperatura. y los iones de litio son difíciles de insertar, lo que reduce aún más la capacidad específica del material y el rendimiento del ciclo, lo que dificulta su reversión.
El ternario con alto contenido de níquel es fácil de explotar y provoca dolor de cabeza. Cuando el material con alto contenido de níquel alcanza unos 200 grados, los químicos de la batería comienzan a descomponerse y liberar átomos de oxígeno, y la batería de litio se hincha. En este momento, después de mezclarlo con el electrolito vaporizado, es fácil encenderse espontáneamente a altas temperaturas.
Según datos de la Plataforma Nacional de Gestión y Monitoreo de Vehículos de Nuevas Energías, aunque la tasa de accidentes por incendio de vehículos de nuevas energías es de 0,9-1,2 veces/10.000 vehículos, lo que es inferior al nivel de 2-4 veces /10.000 vehículos para vehículos de combustible, 80 de ellos es una batería ternaria.
En vista de los diversos puntos débiles de los materiales ternarios con alto contenido de níquel, los materiales cuaternarios se enfrentan a dificultades.
Cada componente del material ternario NCM juega un papel diferente. El níquel (Ni) puede mejorar la actividad material y la densidad energética. El cobalto (Co) también es un material activo, que estabiliza principalmente la estructura en capas del material, reduce la descarga mixta de cationes y es beneficioso para la descarga profunda del material. El manganeso (Mn) desempeña un papel auxiliar en el material para garantizar la estabilidad del proceso de carga y descarga.
Pero cuando la proporción de níquel aumenta y la proporción de cobalto disminuye, se pondrá a prueba la estabilidad de los materiales ternarios con alto contenido de níquel, que se manifiesta principalmente en la pérdida de capacidad de carga y descarga cíclica y la atenuación acelerada. de la capacidad de la batería en ambientes de alta temperatura.
Parece que el alto nivel de níquel y la estabilidad no pueden tener ambos. No fue hasta la aparición del material cuaternario NCMA que se resolvió este gran problema.
NCMA, como su nombre indica, el aluminio (Al) cuesta un yuan más que tres yuanes. La esencia es reemplazar Co con Al. Al dopar partículas de Al en el material ternario de NCM, la fuerza del enlace químico Al-O formado es mucho mayor que la del enlace químico Ni (Co, Mn) -O, lo que mejora químicamente la estabilidad del cátodo.
El material cuaternario NCMA (Ni-Co-Mn-Al) no es un sistema de materiales completamente nuevo, sino una mezcla de los dos materiales ternarios con alto contenido de níquel actuales, NCM y NCA, desarrollado originalmente por. Universidad de Hanyang en Corea del Sur Presentado por Un-Hyuck Kim en 2016.
El equipo de Un-Hyuck Kim descubrió experimentalmente que después de múltiples ciclos de carga y descarga, el voltaje de transición de fase irreversible del material del cátodo cuaternario NCMA permanece estable, hay menos microfisuras en el material y la disolución de los metales de transición en el material del cátodo No es evidente.
Además, se compararon 2032 baterías y se descubrió que, ya fueran 100 ciclos a 30 horas o 100 ciclos a 25 horas, la tasa de retención de capacidad de NCMA era aproximadamente 100 veces mayor que la de NCM y NCA.
En el sistema de material cuaternario, el contenido de cobalto se puede reducir a menos de 5 y el contenido de níquel se puede aumentar a 90, por lo que la densidad de energía de la batería cuaternaria también es muy alta. Cuando se combina con materiales de ánodo de silicio y carbono de alto rendimiento, la densidad de energía de la batería se puede aumentar a un nuevo nivel de 300 Wh/kg.
Debes saber que la densidad de energía del NCM811 y NCA con alto contenido de níquel es 260 Wh/0 respectivamente.
El modelo de precios de los materiales catódicos es "costo de materia prima + tarifa de procesamiento" y el precio de las materias primas es transparente. Generalmente su precio se basa en los precios actuales de varios metales (incluidos el sulfato de cobalto, el sulfato de níquel, el sulfato de manganeso y el carbonato de litio/hidróxido de litio). La tarifa de procesamiento incluye las ganancias de la empresa, dependiendo del costo del proceso de sinterización.
En el material de cátodo ternario convencional NCM523, las proporciones de níquel, cobalto y manganeso son 43,8, 33,2 y 3,6 respectivamente, y el ternario NCM811 con alto contenido de níquel es 60, 14,2 y 1,0.
Debido a las grandes fluctuaciones en el precio del sulfato de cobalto, el costo de NCM523 ha aumentado y disminuido, lo que afecta aún más el margen de beneficio bruto de las empresas de materiales catódicos, pero tiene un impacto menor en NCM811.
Al mismo tiempo, el costo de procesamiento de los cátodos con alto contenido de níquel es mayor que el de los cátodos con bajo contenido de níquel, lo que genera mayores márgenes de beneficio. La temperatura de sinterización de los materiales con alto contenido de níquel es más baja que la de los materiales con bajo contenido de níquel y requiere una sinterización secundaria, por lo que la factura de electricidad será más alta que la de este último. Es necesario agregar oxígeno durante el proceso de sinterización, lo que impone mayores requisitos a los hornos y otros equipos, lo que da como resultado materias primas ternarias con alto contenido de níquel. La relación de costos es menor que la del ternario con bajo contenido de níquel, pero el costo de procesamiento es mayor que el del ternario con bajo contenido de níquel y el valor agregado del producto es mayor.
Según los cálculos del nuevo equipo de Huaan Electric, la tarifa de procesamiento en la industria NCM523 es de aproximadamente 40.000-60.000 yuanes/tonelada, y la tarifa de procesamiento en la industria NCM811 es de aproximadamente 60.000-80.000 yuanes/tonelada.
El uso de materiales con alto contenido de níquel puede reducir aún más el consumo de cada eslabón de los cuatro materiales principales. Para lograr la misma cantidad de electricidad, la cantidad de materiales con alto contenido de níquel necesaria es significativamente menor que la de los materiales ternarios ordinarios. Para producir baterías de 1Gwh, el consumo de NCM523 y NCM811 es de 1.700 toneladas y 1.400 toneladas respectivamente. Al mismo tiempo, se reduce el área de recubrimiento del electrodo positivo, reduciendo correspondientemente el área del electrodo, el área del separador y el volumen del electrolito.
Basado en NCM811, el material cuaternario NCMA aumenta la proporción de níquel a más de 90 y reduce aún más la de cobalto a menos de 5, lo que reduce el coste total de producción del material y debilita el impacto de las fluctuaciones de los precios de las materias primas en El margen de beneficio bruto del fabricante tiene un impacto mayor que el del ternario con alto contenido de níquel en términos de rendimiento y economía.
En el camino de la producción en masa de baterías de litio cuaternario, sólo LG New Energy y Honeycomb Energy están actualmente en marcha.
LG New Energy, anteriormente el departamento de baterías de LG Chem, anunció su independencia en junio de 2020. El 8 de junio, LG New Energy lanzó su IPO y se espera que salga a bolsa en el tercer trimestre de este año con una valoración de 100 billones de wones (aproximadamente 573,3 mil millones de RMB), que se espera que establezca un nuevo récord para la IPO más grande de Corea del Sur. .
Al mismo tiempo, LG New Energy también anunció que proporcionará baterías de litio cuaternarias para el Modelo Y nacional en julio de este año. Para entonces, se espera aumentar la autonomía de crucero del Model Y de 500 km a 650 km, aliviando la "ansiedad por la autonomía" del público.
Además de suministrar a Tesla, en marzo de 2020, LG anunció que cooperaría con General Motors de Estados Unidos para lanzar un nuevo producto de batería Ultium, que también utiliza material NCMA cuaternario con alto contenido de níquel y se espera que Se producirá en masa en 2022. Equipado con el vehículo eléctrico GM Hummer.
A nivel nacional, Honeycomb Energy también tiene planes de producción en masa de baterías de litio cuaternario.
Honeycomb era originalmente la división de baterías eléctricas de Great Wall Motors. Inició el negocio de investigación y desarrollo de baterías en 2012 y se independizó en 2018. Ha completado una financiación Serie A de 3.500 millones de RMB con una valoración de 26.000 millones de RMB. Según el director general Yang Hongxin, Honeycomb se está preparando para una financiación Serie B de entre 3.000 y 5.000 millones de yuanes y se espera que figure en la Junta de Innovación Científica y Tecnológica en 2022.
En comparación con el veterano LG New Energy en baterías, el recién llegado Honeycomb no es menos impresionante. El 9 de julio de 2019, Honeycomb presentó materiales cuaternarios, baterías sin cobalto y tecnología de laminación de baterías de alta eficiencia en su primera conferencia de prensa. En el segundo semestre de este año, se espera que las baterías cuaternarias alcancen la producción en masa.
Pero la batería de cuatro celdas de Honeycomb es diferente a la de LG. Honeycomb elige la ruta media del níquel, con un contenido de níquel de 75, un contenido de manganeso aumentado a 25 y una densidad energética de 265 Wh/kg. Su rendimiento es similar al NCM811, pero su estabilidad térmica es mejor y su ciclo de vida puede alcanzar 3000 veces.
Actualmente, Honeycomb ha invertido 48.500 millones de yuanes en capacidad de producción de baterías, * * * 110 GWh, y ha construido 24 GWh en Sarre, Alemania. Se espera que supere los 200 GWh en 2025.
Luego nos centraremos en la fase inicial de los materiales catódicos cuaternarios, la industria precursora. Empresas nacionales como GEM, Huayou Cobalt y Zhongwei Co., Ltd. ya cuentan con la tecnología para producir en masa precursores de NCMA.
Vale la pena mencionar que entre los principales clientes de Grammy se encuentra Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. En respuesta a una pregunta de un inversor, el secretario general de la empresa dijo: "El material precursor cuaternario NCMA desarrollado por la empresa ha sido certificado por los clientes".
Por lo tanto, algunos expertos creen que Contemporary Ampere Technology Co. ., Ltd. La investigación y el desarrollo de baterías NCMA pueden estar en marcha, pero Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. puede evitar directamente los materiales cuaternarios y pasar directamente a baterías de estado sólido. Después de todo, la compañía ha revelado la patente del electrolito sólido de sulfuro y se espera que lance una batería de estado sólido en 2025, cuando la densidad de energía de la batería será superior a 400 Wh/kg.
Sin embargo, en la actualidad, la producción en masa de baterías de estado sólido aún es algo lejano. Xiong Baiqing, presidente del Instituto de Investigación de Baterías de Energía Automotriz de Guolian, dijo una vez: "Las baterías totalmente de estado sólido todavía están lejos de la comercialización. Será muy difícil conquistar las baterías totalmente de estado sólido en 10 años. De todos modos, estos cinco años han pasado."
IV Como producto de transición entre baterías ternarias y de estado sólido, las baterías ternarias son más competitivas que las baterías ternarias en el contexto de la dificultad de la producción en masa de baterías de estado sólido, y se espera que para ocupar su propia participación en el mundo de las baterías eléctricas dominado por las baterías ternarias y de iones de litio.
Materiales de referencia:
Guosheng Securities "El nacimiento de un panal, una estrella en ascenso de rápido crecimiento de las baterías de litio"
Essence Securities "Dando la bienvenida a la era destacada de sulfato de níquel"
p>Debon Securities "La concentración de la industria aumenta bajo la tendencia del alto nivel de níquel"
Una de las profundidades del nuevo cátodo de Founder Electric: la puerta de vida de las baterías eléctricas - la corriente subyacente del mercado de cátodos (qq. com) Discusión
LG New Energy: una nueva generación de tecnología de baterías cuaternarias puede resolver la "ansiedad por el kilometraje" - China Pink Network (cnpowder.com.cn)