現在のリチウム電池には,正方形鉄リチウムに代表される高価格比経路と三元高ニッケル大円柱に代表される高性能経路の2つの技術経路があると考えられる。
この2年間、方形鉄リチウムはCTP、ブレード電池の技術進歩のおかげで、航続距離600キロ以下の乗用車の市場価格は十分だった。シンジンリチウム電気データによると、22年3月25日の鉄リチウム方形動力コアの平均価格は0.77元/whで、同期の三元方形動力コアの平均価格は0.84元/whであった。ブレードバッテリー技術のおかげで、 Byd Company Limited(002594) LFP版車種のエネルギー密度は140 Wh/kgに達し、航続距離は565 kmに達し、鉄リチウム航続距離の天井を突破した。
今後、高ニッケル+シリコン系負極+大円柱の3つの優劣は、高エネルギー密度を補完し、600キロ以上の市場に適している。大きな円柱の利点は、熱暴走しにくく、円弧表面が膨張に耐えられることです。高ニッケル三元の優位性はエネルギー密度が高く、劣勢はコストが高い+熱安定性が悪いことであり、コストの高い変化は三元一体化ニッケル製錬の投入に依存してニッケルのコストを低減することができ、熱安定性の悪いことは円柱パッケージの形式を組み合わせて改善することができる。シリコン系負極の利点はエネルギー密度が高い+速充に適しており、劣勢はコストが高い+膨張しやすいことであり、コストが高いのは初期であり、規模化に依存してコストを下げることができ、膨張しやすく円柱パッケージ形式を組み合わせることができると考えている。
本報告は高ニッケル+高電圧+大円柱シリーズの新技術報告である。
シリコンは負極材料の進歩の方向であり,放出量はすぐである。現在、主流の黒鉛負極企業の比容量は355360 mAh/gに達することができ、理論比容量372 mAh/gに近い。負極材料はアップグレードが必要であり、シリコン材料の理論比容量は4200 mAh/gに達し、黒鉛の10倍以上である。膨張率が高く(シリコンは300%、グラファイトは12%)、シリコン負極の産業化が阻害され、現在、シリコンベース負極は主にハイエンド3 Cデジタル、電動工具、ハイエンド動力電池分野に応用され、負極浸透率は2%未満である。テスラ製電池の大円柱はシリコン負極を採用することを明らかにしたほか、パナソニック、サムスン、広汽、蔚来などの自動車メーカーの電池工場もシリコン負極を採用すると発表した。
シリコン負極は、一般に、ドープの形態から人工グラファイトにかけて産業化(現在のドーピング割合は5%程度)を実現し、シリコン材料によって選択されるシリコン炭素、シリコン酸素の2つの技術ルートに分けられる。
シリコンカーボン負極:ナノシリコンとグラファイト材料を混合し、現在商業化容量は450 mAh/g以下であり、第一効果は高いが、体積膨張係数が大きすぎて、その循環差を招き、一般的に500600週間であり、一般的に消費電池に用いられる。
シリコン酸素負極:酸化亜シリコンと黒鉛材料を混合し、現在商業化応用容量は主に450500 mAh/gであり、第一効果は比較的低いが、循環性能は比較的に良く、消費にも動力にも使用できる。
シリコン炭素負極の製造の核心はボールミルにあり、シリコン酸素負極の製造の核心は酸化亜シリコンの改質にある。シリコン負極には純品と複合品の概念(我々が言うシリコンベース負極は複合品を指す)があるように、シリコン負極の調製にも2つの工程があり、これを先端の純シリコン調製と後端のグラファイトとの複合に分け、コアは先端の純シリコン調製であると考えられる。シリコン炭素のコアはナノシリコンの製造であり、一般に機械ボールミル法、シリコン酸素のコアは酸化亜シリコンの製造であり、改質処理が必要であり、一般的に化学気相堆積法(CVD)を用いて炭素被覆を行う。
シリコン系負極の単価,CAPEXはグラファイト負極より明らかに高かった。黒鉛負極の価格は一般的に3-6万元/トンであり、シリコン負極純品の価格は一般的に30-70万元/トンであり、複合品の価格は一般的に8-12万元/トンであると計算されている。人工黒鉛負極一体化生産能力単万トン固定自産投資は一般的に2億元前後であり、シリコンベース負極の特に先端純品シリコンの単万トン固定資産投資は一般的に10億元前後である。
シリコン負極は現在業界発展の初期にあり、海外の日本信越は比較的にリードしており、中国のベトリーの研究開発、量産、クライアントは全面的に同業者をリードしている。
海外:日韓企業がシリコン系負極でリードしているのは特許面が多く、例えば日本信越化学シリコン酸素負極特許数業界がリードしているが、その主な半導体など、量の面でリードしていない。
中国:ベトリーは2010年にシリコン系負極材料の技術突破を獲得し、2013年に量産出荷を実現し、顧客は松下、三星である。ベトリー製品は反復的に更新され続け、高世代製品は容量、初回効率より明らかに同業者をリードしている。ベトリーは現在、シリコン負極の生産能力3000トン(純品と予想される)、計画生産能力4万トンを持っている。同業者はまだ百、千トンの中試線レベルにあり、大量の出荷は見られなかった。
シリコン系負極放出量は、誘導材料に放出量をもたらすきっかけであり、典型的には、単壁炭素管、リチウム補給剤、負極接着剤などである。
単壁炭素管:材料内部に発達したネットワークを形成し、シリコン粒子の表面を覆い、シリコン粒子間に高度な導電性と持続的な接続を確立し、シリコン負極の循環寿命を著しく向上させることができる。
リチウム補給剤:シリコン負極表面SEI膜の形成には大量のリチウム源を消費する必要があり、これによりシリコン系負極の初回効率はグラファイトより著しく低く、グラファイト材料は5%~10%の初回不可逆リチウム損失があり、シリコンの不可逆容量損失は15%~35%に達するため、シリコン負極は一般的にリチウム補給剤と組み合わせて使用する必要がある。
PAA接着剤：充放電サイクルにおいて極めて高い体積膨張を有するシリコン系負極に対して、接着剤を合理的に設計することで、サイクル寿命を大幅に改善することができる。
前文はシリコン系負極を主線とし、単壁カーボンナノチューブ、リチウム補給剤、PAA接着剤を誘導し、25年のシリコン負極市場の空間は300億+に達することが期待され、その他の材料は50億前後、21-25年の複合成長率は100%前後であることが期待されている。
