Производство литий ионных аккумуляторов: Производство

Содержание

Производство

Подготовка
воды

Очистка воды
на многоуровневой фильтрующей водоподготовительной
установке.

Приготовление анодной
и катодной смесей

Приготовление анодной
и катодной масс на водной основе
в вакуумных миксерах.

Нанесение
смеси на фольгу

На алюминиевую фольгу в рулонах с обеих сторон наносится катодная смесь, на медную фольгу —
анодная смесь. В процессе нанесения выполняется сушка (удаление излишков воды) нанесённых анодной
и катодной смесей и их адгезия (слипание)
с фольгой.

Разделение
на полосы

Разделение рулона фольги

с нанесенной анодной или катодной смесью на два меньших и равных по ширине рулона.

Каландрирование
рулонов

Разрезанные рулоны анода
и катода прокатывают для уплотнения материала, получения нужной толщины и однородности.

Изготовление
базовых электродов

Вырубка базовых электродов из рулонов с нанесенной анодной и катодной массой.

Сортировка базовых
электродов по весу

Взвешивание и последующая сортировка каждого изготовленного базового электрода.

Формирование
стопки

Последовательная укладка сортированных анодных и катодных электродов в стопку через сепаратор.

Формирование
ядра

Сборка узлов выводных клемм аккумулятора на собранной стопке.

Сушка
ядра

Сушка ядра аккумулятора
в вакуумной печи. Установка ядра в корпус аккумулятора.

Запечатывание
корпуса

Запечатывание корпуса аккумулятора после проведения сушки.

Сушка
аккумулятора

Сушка запечатанного корпуса аккумулятора в вакуумной печи.

Заливка
электролита

Заливка электролита в корпуса аккумулятора через отверстие
для предохранительного клапана.

Установка предохранительного клапана после окончания заливки.

Формовка
аккумулятора

Формирование аккумулятора, испытания малыми силами тока.
Определение параметров аккумулятора.
Испытания аккумулятора большими силами тока.

Нанесение маркировки,
упаковка

Наклейка этикетки со штрих-кодом изделия.
Оформление паспорта.
Упаковка аккумуляторов
в транспортировочную тару.

Складирование
 

Передача упакованных аккумуляторов на склад готовой продукции или отгрузка потребителю.

Контакты

Коммерческий блок

Аблазов
Борис Геннадьевич

Руководитель департамента продаж в энергетике

Рейм
Николай Анатольевич

Менеджер по продажам
Накопители (ИБП, СОПТ)

Носик
Максим Викторович

Менеджер по продажам
Накопители (ИБП, СОПТ)

Зимоненко
Борис Борисович

Руководитель направления
продаж в транспорте (ЭПТ, спецтехника)

Волошина
Вера Борисовна

Менеджер по работе с ключевыми клиентами
Направление «Электротранспорт»

Сервис

Степанов
Артём Николаевич

Служба сервисной поддержки

Для получения информации по сервисному обслуживанию:
[email protected]

Отдел закупок и логистики

Прием коммерческих предложений

Отдел персонала

Производство литий─ионных аккумуляторов

К нам почту приходило довольно много вопросов о том, как производятся литий─ионные аккумуляторы. Сегодня постараемся рассмотреть этот вопрос подробнее. Поскольку литиевые аккумуляторы выпускаются различных форм-факторов и характеристик, производство и технология их производства существенно отличаются. В этой статье мы расскажем о производстве наиболее распространённых Li─Ion аккумуляторах, а также сделаем обзор производителей литиевых АКБ.

 

Содержание статьи

Производство литий─ионных аккумуляторов

В общем случае производство Li─Ion аккумуляторов можно разделить на следующие этапы:

  • Производство электродов;
  • Сборка электродов в батарею, установка защиты;
  • упаковка в корпус, заливка электролита;
  • Тестирование, заряд.

Как правило, эти этапы присутствуют при сборке литий─ионных батарей всех форм-факторов. В роли анода используется медная фольга с нанесённым слоем графита (в некоторых случаях угля). В качестве катода применяется алюминиевая фольга со слоем материала, содержащего литий. Здесь возможны варианты в зависимости от характеристик конечного изделия: LiCoO2, LiFePO4, LiNiO2, LiMn2О4.

Намотка алюминиевой фольги с литийсодержащим материалом в рулон


Что касается сборки электродов в единую батарею, здесь есть различия для разных типов Li─Ion аккумуляторов. При производстве цилиндрических литий─ионных аккумуляторов (например, 18650) используется скручивание электродов в рулон. При этом они разделяются сепаратором. То есть, подготовленные ленты катода и анода разделяются сепаратором и наматываются в рулон. Чем меньше толщина электродов, тем более ёмкий и мощный можно собрать аккумулятор. Вся сборка помещается в стальной или алюминиевый корпус, заливается электролитом и герметично запечатывается. Снаружи остаются только выводы плюс и минус.

В призматических литий─ионных аккумуляторах используются прямоугольные электроды, которые укладываются друг на друга через сепараторы. Конструкция в этом случае получается такой же, как в случае свинцово-кислотных аккумуляторов для автомобилей. В этом случае производство электродов немного отличается от тех, что используются в цилиндрических моделях. Сначала также изготавливаются ленты катода и анода, а затем из них вырубаются прямоугольные пластины.

Электроды для призматических литий─ионных аккумуляторов



После сборки электродов они помещаются в пластиковый корпус, к ним привариваются токовыводы, заливается электролит и герметично закрываются.

В некоторых призматических литий─ионных аккумуляторах используется сборка электродов в виде эллиптической спирали. Такую конструкцию могут иметь литиевые батарейки для аккумуляторов телефонов.

После сборки, заливки электролита и герметизации проводится тестирование, при котором выявляется производственный брак. После этого проводится первый заряд аккумулятора, во время которого происходит формирование поверхности электродов. В качестве сепаратора используется полиэтиленовый сепаратор. При температуре 130─150 градусов он плавится и тем самым прекращает обмен ионами между катодом и анодом. Это определённая защита при перегреве литиевого аккумулятора.

Кроме того, при производстве Li─Ion аккумуляторов на определённые модели устанавливаются дополнительные виды защиты. Например, цилиндрические аккумуляторы 18650 имеют в торце корпуса специальный клапан. Он открывается, когда давление внутри превышает определённый предел.

Защитный клапан


На все литий─ионные аккумуляторы, используемые в электронике, ставятся контроллеры заряда-разряда. Они предохраняют банку от глубокого разряда и излишнего заряда. Кроме того, часто устанавливается термистор, который размыкает цепь и отключает банку от внешнего мира при увеличении температуры выше определённого предела.

Контроллер заряда-разряда литиевых аккумуляторов



Вернуться к содержанию
 

Производители литий─ионных аккумуляторов

Зарубежные компании

За границей производство Li─Ion батарей очень развито. Многие крупные компании выпускают литиевые аккумуляторы. В качестве примера можно привести следующие:

  • Altair Nanotechnologies. Фирма занимается производством материала для анода Li─Ion батарей из титаната лития. В продуктовой линейке Altair Nanotechnologies есть аккумуляторные системы для электроэнергетики, транспортных средств и источников бесперебойного питания. Такие компании из Южной Кореи, как Eig Ltd и Kokam занимаются выпуском для Altair аккумуляторных ячеек;
  • A123 Systems. Компания занимается производством аккумуляторных ячеек и модулей. На их основе делаются аккумуляторы для ТС, сферы электроэнергетики. В производстве литий-железо-фосфатных АКБ компания использует собственную технологию Nanophosphate. Аккумуляторы выпускаются как цилиндрического, так и призматического форм-факторов;
  • Ener1 Battery Company. Компания занимается выпуском Li─Ion аккумуляторных систем для транспортных средств, потребительской электроники и сферы энергетики. Производство размещено в США и Южной Корее;
  • Samsung SDI. Основное производство фирмы ориентировано на выпуск аккумуляторов для электроники. Также выпускаются аккумуляторы для энергетических систем. Компания самостоятельно выпускает литий-железо-фосфатные ячейки ёмкостью 50 Ач, которые используются в распределительных сетях;
  • Saft Batteries. Выпускает накопители Intensium Max, которые созданы на базе Li─Ion аккумуляторов собственного производства. Они применяются для поддержания функционирования возобновляемых источников энергии. В основу аккумуляторных батарей компании положены аккумуляторные ячейки VL41M цилиндрической формы. Катод делается на основе никелевого оксида. Из нескольких VL41M формируют аккумуляторный модуль, который используется в различных системах;
  • Dow Kokam. Эта фирма является совместным предприятием Южной Кореи и США. Они выпускают аккумуляторные системы, модули, ячейки Li─Pol. Их продукция используется в промышленности, транспортных средствах, ИБП, военной сфере. У фирмы есть свои производственные мощности в Южной Корее, Франции, США;
  • BYD. Эта китайская компания занимается выпуском автомобилей, электротранспорта, солнечных батарей, инверторов, а также литий─ионных аккумуляторов. В основе аккумуляторных систем BYD лежат литий-железо-фосфатные ячейки.

Отдельно можете прочитать подробный материал про литий-ионный аккумулятор.
Вернуться к содержанию
 

Российские производители

В настоящее время в интернете можно найти информацию о таких компаниях, занимающихся выпуском АКБ в России:

  • НПО ССК;
  • Лиотех;
  • АК Ригель;
  • НИИХИТ-2;
  • ОАО «НИАИ «Источник»;
  • ОАО Энергия.

Стоит сказать, что по своим производственным мощностям и ассортименту выпускаемой продукции российские производители значительно уступают зарубежным компаниям.
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Крупнейшие производители литий-ионных аккумуляторов в мире

Корейская исследовательская компания SNE Research опубликовала статистику продаж литий-ионных (li-ion) аккумуляторов для электромобилей и стационарных систем накопления энергии (СНЭ) в 2020 году, а также прогноз на 2021 год.

На графике выше представлены итоги 2020 года – общие объемы поставок литий-ионных аккумуляторов указанными производителями.

В таблице ниже дана разбивка по сегментам – электромобили (EV) и системы накопления энергии (ESS), а также результаты за 2019 год и прогноз на год 2021.

Как мы видим, рост рынка за год (2019-2020) составил 34,4%, несмотря на COVID, а общие объёмы продаж достигли 212,9 ГВт*ч.

90% выпускаемых аккумуляторов направляются в автомобильную промышленность. Как мы помним, рынок электромобилей в 2020 году вырос, и значительно.

Первое место по глобальным поставкам литий-ионных батарей в 2020 году, как и в 2019, заняла китайская CATL, но её практически настигла корейская LC Chem, продемонстрировавшая феноменальный рост продаж (+133% за год).

Важно отметить тенденцию концентрации производства. Первая тройка крупнейших поставщиков обеспечила 66% глобальных продаж литий-ионных аккумуляторов, а первые шесть компаний – 86%.

По прогнозу на 2021 году концентрация будет усиливаться. И это в условиях ускорения роста ранка, который, по мнению SNE Research, вырастет за год (2020-2021) на 49%.

Любопытно сравнить эти цифры продаж литий-ионных аккумуляторов с данными, которые мы публиковали в 2018 году. Рост рынка впечатляет.

И в дальнейшем рынок li-ion батарей будет расти высокими темпами.

Если в 2020 году поставки аккумуляторов производителям электромобилей составили менее 200 ГВт*ч, то, по прогнозу SNE Research, в 2025 году они достигнут почти 1400 ГВт*ч, а в 2030 году превысят 3550 ГВт*ч.

Этот прогноз основывается на предположении авторов, что к 2030 году доля электромобилей в мировых продажах машин в пассажирском (легковом) сегменте достигнет 48%.

Читайте также: Европа становится крупнейшим центром производства литий-ионных аккумуляторов.

Уважаемые читатели!

Ваша поддержка очень важна для существования и развития RenEn, ведущего русскоязычного Интернет-сайта в области «новой энергетики». Помогите, чем можете, пожалуйста.

Яндекс Кошелёк 

QIWI Кошелёк

Карта Сбербанка: 4276 3801 2452 1241

Производство литий-ионных аккумуляторов для электромобилей: выбросы и затраты энергии

В текущем году было опубликовано исследование по экологии транспорта трёх немецких экономистов, которое наделало много шума. Его авторы пришли к выводу, что в деле борьбы с глобальным потеплением электромобиль – это «шаг назад по сравнению с современным дизельным мотором». «С учётом затрат энергии на производство аккумуляторов и при современной структуре генерации электроэнергии в Германии выброс CO2 электромобиля только в наиболее благоприятном случае сопоставим с показателем дизельного двигателя», — сказано в их небольшом докладе.

Работа немецких экономистов основывалась (в вопросе производственных выбросов) на докладе Шведского института экологических исследований (IVL) 2017 года «Потребление энергии и выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла литий-ионных батарей». Мы рассказывали о нём в статье: Производство литий-ионных аккумуляторов: климатическая катастрофа?

Эксперты справедливо, аргументированно раскритиковали исследование немецких экономистов, указывая, среди прочего, что данные шведского доклада неверны и явно устарели.

В декабре 2019 года это признали сами шведы, выпустив обновлённый доклад «Производство литий-ионных батарей для транспорта. Потребление энергии, выбросы CO2, использование металлов, экологический след продуктов и переработка по состоянию на 2019 год».

Согласно последним данным, собранным и смоделированными исследователями из IVL, углеродный след наиболее распространенного типа аккумуляторов для электромобилей составляет 61-106 кг выбросов CO2 на киловатт-час емкости аккумулятора. Это в 2–3 раза ниже, чем 150-200 кг по оценке 2017 года.

Существует три основных причины, по которым данные по выбросам в производстве литий-никель-марганец-кобальтовых (NMC) батарей так сильно изменились за короткий срок в лучшую сторону. Во-первых, коммерциализация и расширение производства элементов аккумуляторной батареи повысили эффективность – теперь на элемент потребляется меньше энергии и, следовательно, выбросов CO2 становится меньше. Во-вторых, для составления модели и анализа стали доступны более свежие и точные данные, ранее исследователи опирались на старые предположения и устаревшую информацию. В-третьих, в производстве электроэнергии в ключевых регионах производства батарей используется все больше и больше возобновляемых источников энергии, декарбонизируется энергосистема и сокращаются выбросы.

Нижняя граница интервала, 61 кг очень близка к выводам других авторитетных источников 2019 года, таким как исследование, подготовленное для Европейской комиссии (77 кг CO2 / кВт*ч), и работа Аргоннской национальной лаборатории (65 кг CO2 / кВт*ч). Оценка выбросов в основном зависит от энергетического баланса производства батарей.

Люсьен Матье (Lucien Mathieu), аналитик по мобильности из организации Transport & Environment, отмечает: «Батареи электромобилей становятся все чище с каждым месяцем. Это связано с тем, что производство становится все более эффективным по мере роста масштабов и потому, что электроэнергия для производства декарбонизируется».

«Использование зеленого электричества все еще относительно редко в сегодняшнем производстве батарей, но растёт по мере увеличения спроса. Чтобы выбросы упали ниже 60 кг, эмиссия от добычи полезных ископаемых и переработки основного сырья также должны быть сокращены, а также увеличена доля повторного использования материалов», — отмечают авторы IVL.

Действительно, как мы видим на приведённом наверху графике, на производство элементов и компонентов приходится лишь малая часть энергетических затрат. Основные энергетические затраты связанны с процессами производства и переработки сырья.

Процесс изготовления катодов и анодов батарей предусматривает смешивание материалов в растворителе с последующим испарением последнего для получения порошка. На эту сушку приходится доминирующая доля энергетических затрат. Актуальные измерения этого процесса на действующих установках являются основным источником различий в данных нового и предшествующего исследования 2017 года, в котором потребление энергии в процессе сушки было завышено в 1,6–3 раза.

IVL также прогнозирует, что в новых моделях батарей среднее содержание никеля будет увеличиваться, а содержание кобальта уменьшаться. Плотность энергии будет повышаться, а производители будут уходить от кобальта, поставки которого находятся под риском. В связи с этим стабильность поставок никеля может стать критическим фактором в будущем.

Поскольку на производство батарей может приходиться более половины общих выбросов от производства электрических транспортных средств, качество оценки этих выбросов очень важно. Новое исследование IVL вносит важный вклад в повышение этого качества.

В заключение повторю ещё раз основное. Развитие электротранспорта идёт рука об руку с развитием возобновляемой энергетики. Очищение структуры генерации неизбежно ведет к снижению углеродного следа производства чего бы то ни было, в том числе и литий-ионных аккумуляторов. Соответственно, экологические/климатические преимущества электромобилей на всём жизненном цикле становятся всё более явными.

Читайте также: Стоимость литий-ионных батарей упала до $156 за киловатт-час – BloombergNEF.

Вред литиевых аккумуляторов: влияние на окружающую среду

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 18-02-2022

Литиевые аккумуляторные батареи — это самый востребованный автономный источник питания на данный момент. В то время, как свинцово-кислотные АКБ главным образом используются в качестве автомобильных, литиевые заняли все остальные ниши. Фонарик, смартфон, ноутбук, современные системы резервного электропитания и даже электрокары — практически все использует в качестве источника энергии литиевые аккумуляторные батареи.

Когда речь идет об электромобилях, то их называют экологичными, ведь они не выбрасывают вредные газы в процессе работы. На самом деле все не так идеально, как хотелось бы. Вред от производства литиевых аккумуляторов для одного электрокара, в соответствии некоторым исследованиям, сопоставим с тем, что выбрасывает в атмосферу обычный автомобиль на двигателе внутреннего сгорания в течение нескольких лет. Не в последнюю очередь это связано с тем, насколько много элементов питания используется в автомобиле.

Так ли силен вред литиевых аккумуляторов для окружающей среды и стоит ли человеку что-то с этим делать? Попробуем кратко рассмотреть данный вопрос.

Как аккумуляторы влияют на окружающую среду

Вред АКБ для экологии удобно рассматривать на примере электромобиля по нескольким причинам. Во-первых, в электрокаре используется огромное количество аккумуляторов. Куда показательнее влияние тысяч батарей, установленных в одном автомобиле, чем какой-нибудь отдельный аккумулятор в смартфоне. Во-вторых, пользу или вред «зеленых» технологий удобно рассматривать на фоне традиционных автомобилей. В-третьих, в электромобилях чаще всего используются наиболее распространенные модели литиевых аккумуляторов. К примеру, силовой блок Tesla model S состоит из более чем 7000 обычных аккумуляторов типоразмера 18650, а именно — Panasonic Li-ion NCR18650B.

 

Попробуем рассмотреть прямое и косвенное влияние литиевых АКБ на экологию и человека на примере автомобильной отрасли и докажем, что не все так однозначно. По крайней мере, при текущем уровне развития технологий.

Первым стоит рассмотреть вред от производства аккумуляторов. В первую очередь производство вредно для работников завода, где АКБ производится. В составе литиевых аккумуляторных батарей используется не один токсичный материал. Это, к примеру, кобальт, никель, бористый литий. Производство литий-ионных аккумуляторов является наиболее опасным, чем производство аккумуляторов других типов.

Далее начинается процесс эксплуатации аккумулятора. В процессе езды электромобиль не выделяет вредных газов, в отличие от ДВС, однако эти газы выделяет электростанция для производства электроэнергии. Так как наибольшая доля вырабатываемой энергии приходится на электростанции, сжигающие топливо (уголь, газ), то вред экологии можно назвать ощутимым. Тем не менее, даже при таком раскладе электромобиль будет по меньшей мере вдвое экологичнее. Это не в последнюю очередь связано с низким КПД двигателей внутреннего сгорания, который даже не достигает и 50%. Хотя, и у электрокаров КПД не идеальный, плюс аккумулятор подвержен саморазряду даже при отсутсвии нагрузки. Это как бензобак, который немного протекает. Энергетическая отрасль претерпевает серьезное развитие и все больший процент энергии вырабатывается за счет возобновляемых источников (солнце, ветер и вода). Вместе с этим, соответственно, снижается косвенный вред от эксплуатации аккумуляторов.

Наверное, наибольшей проблемой является конец жизненного цикла аккумулятора. Как уже упоминалось ранее, при производстве литиевых аккумуляторных батарей используются токсичные вещества, которые нельзя зарывать в землю. Токсичные элементы негативно влияют на почву и ее обновление, а также попадают в грунтовые воды.

Стоит также заметить, что аккумуляторы опасны не только для экологии, но и для человека. Существует множество случаев самовозгорания аккумуляторов, которые могут привести к пожару. Чаще всего воспламенение связано с резким повышением температуры из-за замыкания электродов. К сожалению, далеко не всегда замыкание происходит из-за физического воздействия на аккумулятор. Причиной тому может стать техническая недоработка (многим известен случай массового возгорания смартфонов Samsung Galaxy Note 7) или сложные внутренние процессы в ходе старения.

Что мы можем сделать

Только из-за одних лишь электромобилей производство литиевых аккумуляторов растет огромными темпами. Является ли это проблемой и может ли человек что-то с этим делать? Каждый может внести небольшой вклад, отдавая батареи на утилизацию. Даже если речь идет об обычных аккумуляторах. Это поможет снизить процент вредных веществ, попадающих в почву.

Если мыслить более глобально, что нужно двигаться в двух направлениях: развивать технологию утилизации, а также технологию производства. Благодаря совершенствованию технологий утилизации, возможно, получится добиться почти нулевого выброса вредных веществ в почву.

Самым глобальным способом снижения вреда экологии является изобретение новых технологий сохранения энергии, которые будут и эффективнее, и менее токсичны. Работы в этом направлении ведутся активнейшие. Изобретение нового вида аккумулятора может перевернуть не только автомобильную отрасль, но и сферу мобильной электроники.

Какой можно подвести итог? Литиевые аккумуляторные батареи, безусловно, в одних сферах деятельности незаменимы, а в других — хороший и относительно экологичный аналог традиционных технологий. К сожалению, развитие отрасли производства аккумуляторов идет куда медленнее, чем другие сферы деятельности. Остается надеяться, что бум электромобилей станет поводом для открытия новых более экологичных и эффективных способов хранения энергии.

Производство литий-ионных аккумуляторов — технология и сложности

Любой прибор для превращения химической энергии в электрическую должен иметь активный металл с большим отрицательным потенциалом. То есть разность потенциалов на катоде и аноде должна быть максимальной. Оптимальными свойствами обладает литий.

Устройство аккумуляторов

Легкий металл используется в виде химических соединений графита и литий-кобальт-оксида (LiCoO2), нанесенных в виде обмазки на медную и алюминиевую фольгу. Могут использоваться другие соли на основе лития. Весь процесс производства li-ion аккумуляторов состоит из этапов:

  • изготовление электродов;
  • сборка активной части и создание защиты;
  • упаковка, внесение электролита;
  • проверка работоспособности.

Две ленты сматываются в рулон или собираются из листов в корпус. Свободное пространство заливается электролитом, выполняются клеммные выводы в герметичном контуре. Литий-ионные аккумуляторы залиты жидким электролитом, литий-полимерные – гелевым.

В результате получаются приборы разных форм и габаритов. В пересчете на объем активной массы, характеристики:

  • плотность 150-200 Вт-ч/кг или 350-450 Вт-ч/л;
  • напряжение 3,6-3,7 В;
  • потеря 20 % емкости после 500-1000 циклов зарядки;
  • рабочие температуры -20 ~ +50 0.

Применение компактные батарейки получили в ноутбуках, сотовых телефонах, фотоаппаратах. Ими оснащают электромобили. Производство литиевых аккумуляторов несложное, не требует больших площадей. Основные производственные площадки расположены в Азии, развивается производство литиевых аккумуляторов в РФ. Здесь построен самый большой «Ли-ион» завод в мире, в пригороде Новосибирска – Толмачево.

Технология производства литий-ионных аккумуляторов

Аноды и катоды в элементах сходны по форме, но имеют разное содержание. Смешение мелких компонентов до нанесения на анод или катод недопустимо. Поэтому, в производстве разнозаряженных полос для литиевых батарей, оборудование используется одно, а производственные площадки разные.

Этап 1.

Подготовка активного слоя для нанесения на фольгированную основу. В трубчатой печи состав спекается в однородную массу при температуре 1200 0 С. Полученное сырье размалывается на мельницах до мелкодисперсного состояния и тщательно перемешивается для полной однородности. Состав наносят на проводящую ленту, закрепляют в термопечи. Прецизионным прессом прокатывают заготовку и направляют с цех сборки.

Этап 2.

На высокоточном оборудовании нарезают материал на ленты или листы, снова сушат при 250 0, собирают в последовательности катод, анод в многослойную конструкцию определенной формы. Соединяют ультразвуковой сваркой отдельно катодные и анодные лепестки, выводят контакт на токосъемник. Происходит придание нужной формы и проверка элемента на КЗ.

Этап 3.

Приваривается отрицательная клемма и создается углубленный контур для последующей впайки крышки. В атмосфере инертного газа в корпус закачивается порция электролита, крышка устанавливается, центруется и сваривается, проверяется герметичность корпуса. Готовый элемент обертывается термоусадочной пленкой. На поверхности остаются только выводы полюсов. Здесь же проводится первичная зарядка батареи.

Этап 4.

На заключительном этапе производства литий-ионных батарей выполняют контроль качества, проверку емкости и замеры сопротивления. Сохранность батарей обеспечивается при температуре 0-10 градусов. За 2 года батарея без употребления может потерять 20 % от первоначальной емкости. При периодической разрядке – зарядке батарея выдерживает до 1000 циклов.

Производство литий-ионных аккумуляторов в России

Производством, разработкой и исследованием литиевых аккумуляторов в России занимаются международные корпорации. Одна из них «НПО ССК (SSK group) создана на предприятиях «Радуга», расположенным в г, Сасово Рязанской области, на Украине и в Индии. Здесь освоена технология изготовления батарей емкостью до 1000 А-ч и напряжением до 300 В. Они могут работать в диапазоне температур -40 +90 , выдерживать до 3000 циклов разряда.

Есть Научный центр «Автономные источники тока». Располагается он в Сколково. Продукция рассчитана для систем накопления большой мощности (СНЭ), выпускается на крупногабаритный транспорт.

Крупнейшее в мире производство li-ion аккумуляторов в России построено в Новосибирске, как российско-китайское производство. Завод «Лиотех» производит изделия емкостью 200-700 А-ч, работающие при температурах от -45 до +65 градусов. Промышленное производство в 1 млн. штук в год призвано обеспечить 5 000 автобусов.

Характеристики продукции “Лиотех”

Развиваются производства, по ассортименту и количеству продукции уступающие зарубежным компаниям:

  • АК «Ригель»;
  • ОАО»Энергия»;
  • НИИХИТ-2.

Россия может производить литиевые батареи с довольно низкой себестоимостью – металл получают в Новосибирске, остальные компоненты также отечественные.

Видео

Предлагаем познакомиться с производством литиевых аккумуляторов в России на крупнейшем предприятии «Лиотех»

как мир будет производить достаточно?

Наступил век электромобилей. Ранее в этом году американский автомобильный гигант General Motors объявил, что намерен прекратить продажу бензиновых и дизельных моделей к 2035 году. Audi, базирующаяся в Германии, планирует прекратить производство таких автомобилей к 2033 году. Многие другие автомобильные транснациональные корпорации выпустили аналогичные дорожные карты. . Внезапно промедление крупных автопроизводителей с электрификацией своего автопарка превращается в спешку.

Электрификация личной мобильности набирает обороты, о которых еще несколько лет назад даже не могли мечтать даже самые ярые ее сторонники.Во многих странах правительственные мандаты ускорят изменения. Но даже без новой политики или правил половина мировых продаж легковых автомобилей в 2035 году будет приходиться на электромобили, согласно данным лондонской консалтинговой компании BloombergNEF (BNEF).

Эта масштабная промышленная конверсия знаменует собой «переход от топливоемкой к материалоемкой энергетической системе», заявило Международное энергетическое агентство (МЭА) в мае 1 . В ближайшие десятилетия на дороги выйдут сотни миллионов автомобилей с массивными батареями внутри (см. «Электродвигатели»).И каждая из этих батарей будет содержать десятки килограммов материалов, которые еще предстоит добыть.

Источник: Реф. 2

Предвидя мир, в котором доминируют электромобили, ученые-материаловеды работают над двумя большими задачами. Один из них — как сократить количество металлов в батареях, которые являются дефицитными, дорогими или проблематичными, поскольку их добыча сопряжена с серьезными экологическими и социальными издержками. Другой — улучшить переработку аккумуляторов, чтобы можно было эффективно повторно использовать ценные металлы из отработанных автомобильных аккумуляторов.«Вторичная переработка будет играть ключевую роль в этом комплексе», — говорит Кваси Ампофо, горный инженер, ведущий аналитик по металлургии и горнодобывающей промышленности в BNEF.

Производители аккумуляторов и автомобилей уже тратят миллиарды долларов на снижение затрат на производство и переработку аккумуляторов для электромобилей, что отчасти вызвано государственными стимулами и ожиданием будущих правил. Национальные спонсоры исследований также основали центры для изучения лучших способов производства и переработки батарей. Поскольку в большинстве случаев добывать металлы по-прежнему дешевле, чем перерабатывать их, ключевая цель состоит в том, чтобы разработать процессы для достаточно дешевого извлечения ценных металлов, чтобы конкурировать с только что добытыми.«Самый большой разговор — это деньги», — говорит Джеффри Спангенбергер, инженер-химик из Аргоннской национальной лаборатории в Лемонте, штат Иллинойс, который руководит инициативой ReCell по переработке литий-ионных аккумуляторов, финансируемой США из федерального бюджета.

Будущее лития

Первой задачей исследователей является сокращение количества металлов, которые необходимо добывать для аккумуляторов электромобилей. Количество варьируется в зависимости от типа аккумулятора и модели автомобиля, но один автомобильный литий-ионный аккумулятор (известного как NMC532) может содержать около 8 кг лития, 35 кг никеля, 20 кг марганца и 14 кг марганца. кобальт, по данным Аргоннской национальной лаборатории.

Аналитики не ожидают отказа от литий-ионных батарей в ближайшее время: их стоимость упала настолько резко, что они, вероятно, станут доминирующей технологией в обозримом будущем. Сейчас они в 30 раз дешевле, чем когда они впервые появились на рынке в качестве небольших портативных батарей в начале 1990-х годов, даже несмотря на то, что их производительность улучшилась. BNEF прогнозирует, что к 2023 году стоимость литий-ионного аккумулятора для электромобиля упадет ниже 100 долларов США за киловатт-час, или примерно на 20% ниже, чем сегодня (см. «Резкое падение стоимости аккумуляторов»).В результате электромобили, которые по-прежнему дороже обычных, должны достичь паритета цен к середине 2020-х годов. (По некоторым оценкам, электромобили уже дешевле автомобилей с бензиновым двигателем в течение всего срока службы благодаря тому, что они менее затратны в питании и обслуживании.)

Для производства электроэнергии литий-ионные батареи перемещают ионы лития внутри от одного слоя, называемого анодом, к другому, катоду. Они разделены еще одним слоем, электролитом. Катоды являются основным фактором, ограничивающим производительность батареи, и именно в них находятся самые ценные металлы.

Катод типичного литий-ионного аккумуляторного элемента представляет собой тонкий слой слизи, содержащей микрокристаллы, которые часто похожи по структуре на минералы, встречающиеся в природе в земной коре или мантии, такие как оливины или шпинели. Кристаллы соединяют отрицательно заряженный кислород с положительно заряженным литием и различными другими металлами — в большинстве электромобилей это смесь никеля, марганца и кобальта. При перезарядке батареи ионы лития вырываются из этих оксидных кристаллов и притягиваются к аноду на основе графита, где они хранятся, зажатые между слоями атомов углерода (см. «Электрическое сердце»).

Источник: адаптировано из G. Harper et al. Natur e 575 , 75–86 (2019) и G. Offer et al. Природа 582 , 485–487 (2020).

Сам по себе литий не является дефицитом. Согласно июньскому отчету BNEF 2 , текущие запасы металла — 21 миллион тонн, по данным Геологической службы США — достаточны для перехода на электромобили до середины века. А запасы — это гибкое понятие, потому что они представляют собой количество ресурса, которое может быть извлечено с экономической точки зрения при текущих ценах и с учетом современных технологий и нормативных требований.Для большинства материалов, если спрос растет, в конечном итоге растут и запасы.

Поскольку автомобили электрифицируются, задача заключается в увеличении производства лития для удовлетворения спроса, говорит Ампофо. «В период с 2020 по 2030 год он вырастет примерно в семь раз».

Это может привести к временному дефициту и резким колебаниям цен, говорит он. Но рыночные сбои не изменят картину в долгосрочной перспективе. «По мере создания новых перерабатывающих мощностей эта нехватка, скорее всего, устранится сама собой», — говорит Хареш Камат, специалист по накоплению энергии в Исследовательском институте электроэнергетики в Пало-Альто, Калифорния.

Соляные отложения на заводе по производству лития на солончаках Уюни в Потоси, Боливия. Предоставлено: Carlos Becerra/Bloomberg/Getty

Увеличение добычи лития связано с экологическими проблемами: современные формы добычи требуют большого количества энергии (для извлечения лития из горных пород) или воды (для извлечения из рассолов). Но более современные методы извлечения лития из геотермальной воды с использованием геотермальной энергии для управления процессом считаются более безопасными.И, несмотря на эти экологические потери, добыча лития поможет заменить разрушительную добычу ископаемого топлива.

Исследователей больше беспокоит кобальт, который является наиболее ценным компонентом современных аккумуляторов для электромобилей. Две трети мировых поставок добываются в Демократической Республике Конго. Активисты-правозащитники выразили обеспокоенность условиями там, в частности, детским трудом и вредом для здоровья рабочих; как и другие тяжелые металлы, кобальт токсичен, если с ним не обращаться должным образом.Можно использовать альтернативные источники, такие как богатые металлом «конкреции», обнаруженные на морском дне, но они представляют собственную опасность для окружающей среды. И никель, еще один важный компонент аккумуляторов для электромобилей, также может столкнуться с нехваткой 3 .

Управление металлами

Для решения проблем с сырьем в ряде лабораторий проводились эксперименты с катодами с низким содержанием или без кобальта. Но катодные материалы должны быть тщательно разработаны, чтобы их кристаллическая структура не разрушалась, даже если во время зарядки удаляется более половины ионов лития.А полный отказ от кобальта часто снижает плотность энергии батареи, говорит материаловед Арумугам Мантирам из Техасского университета в Остине, потому что он изменяет кристаллическую структуру катода и то, насколько прочно он может связывать литий.

Мантирам входит в число исследователей, решивших эту проблему — по крайней мере, в лаборатории — показав, что кобальт можно удалить из катодов без ущерба для производительности 4 . «Материал без кобальта, о котором мы сообщали, имеет ту же кристаллическую структуру, что и оксид лития-кобальта, и, следовательно, такую ​​же плотность энергии», — говорит Мантирам.Его команда сделала это, уточнив способ производства катодов и добавив небольшое количество других металлов, сохранив при этом кристаллическую структуру оксида кобальта катода. Мантирам говорит, что внедрить этот процесс на существующих фабриках должно быть просто, и он основал новую фирму под названием TexPower, чтобы попытаться вывести его на рынок в течение следующих двух лет. Другие лаборатории по всему миру работают над батареями, не содержащими кобальт: в частности, новаторский производитель электромобилей Tesla из Пало-Альто, Калифорния, заявил, что планирует исключить металл из своих батарей в ближайшие несколько лет.

Сунь Ян-Кук из Университета Ханьянг в Сеуле, Южная Корея, — еще один ученый-материаловед, добившийся аналогичных результатов в производстве катодов, не содержащих кобальта. Сан говорит, что некоторые технические проблемы могут остаться при создании новых катодов, потому что процесс основан на рафинировании богатых никелем руд, для чего может потребоваться дорогая атмосфера с чистым кислородом. Но сейчас многие исследователи считают проблему кобальта по существу решенной. Мантирам и Сан «показали, что можно делать действительно хорошие материалы без кобальта и [которые] работают очень хорошо», — говорит Джефф Дан, химик из Университета Далхаузи в Галифаксе, Канада.

Рабочие добывают кобальт возле шахты между Лубумбаши и Колвези в Демократической Республике Конго. Фото: Federico Scoppa/AFP/Getty

Никель

хоть и не такой дорогой, как кобальт, но и не дешевый. Исследователи также хотят удалить его. «Мы решили проблему нехватки кобальта, но из-за того, что мы так быстро расширяемся, мы движемся прямо к проблеме никеля», — говорит Гербранд Седер, материаловед из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния.Но удаление как кобальта, так и никеля потребует перехода к радикально другим кристаллическим структурам для катодных материалов.

Один из подходов заключается в использовании материалов, называемых неупорядоченными каменными солями. Они получили свое название из-за своей кубической кристаллической структуры, похожей на структуру хлорида натрия, где кислород играет роль хлора, а смесь тяжелых металлов заменяет натрий. За последнее десятилетие команда Седера и другие группы показали, что некоторые каменные соли, богатые литием, позволяют литию легко входить и выходить — важнейшее свойство, позволяющее многократно заряжать 5 .Но, в отличие от обычных катодных материалов, неупорядоченные каменные соли не требуют кобальта или никеля, чтобы оставаться стабильными во время этого процесса. В частности, они могут быть сделаны из марганца, который дешев и доступен в изобилии, говорит Седер.

Лучше перерабатывать

Если батареи будут производиться без кобальта, исследователи столкнутся с непредвиденными последствиями. Металл является основным фактором, который делает переработку аккумуляторов экономичной, потому что другие материалы, особенно литий, в настоящее время дешевле добывать, чем перерабатывать.

На типичном заводе по переработке аккумуляторы сначала измельчаются, что превращает элементы в порошкообразную смесь всех используемых материалов. Затем эту смесь разлагают на составляющие ее элементы либо сжижением в плавильне (пирометаллургия), либо растворением в кислоте (гидрометаллургия). Наконец, металлы осаждаются из раствора в виде солей.

Механический шредер измельчает аккумуляторные модули, показанные здесь на заводе по переработке в Дюзенфельде в Германии. Фото: Wolfram Schroll/Duesenfeld

Исследовательские усилия были сосредоточены на усовершенствовании процесса, чтобы сделать переработанный литий экономически привлекательным.Подавляющее большинство литий-ионных аккумуляторов производится в Китае, Японии и Южной Корее; соответственно, возможности переработки там растут быстрее всего. Например, компания Guangdong Brunp из Фошаня — дочерняя компания CATL, крупнейшего производителя литий-ионных элементов в Китае — может перерабатывать 120 000 тонн батарей в год, по словам представителя. Это эквивалентно тому, что было бы использовано в более чем 200 000 автомобилей, и фирма способна восстановить большую часть лития, кобальта и никеля. Правительственная политика способствует этому: в Китае уже есть финансовые и нормативные стимулы для производителей аккумуляторов, которые получают материалы от фирм по переработке, а не импортируют только что добытые, говорит Ханс Эрик Мелин, управляющий директор консалтинговой компании Circular Energy Storage в Лондоне.

Европейская комиссия предложила ввести строгие требования к переработке аккумуляторов, которые могут быть введены поэтапно с 2023 года, хотя перспективы блока по развитию отечественной отрасли переработки неясны 6 . Тем временем администрация президента США Джо Байдена хочет потратить миллиарды долларов на развитие отечественной отрасли по производству аккумуляторов для электромобилей и поддержку переработки, но пока не предложила нормативных актов, выходящих за рамки существующего законодательства, классифицирующего аккумуляторы как опасные отходы, которые необходимо безопасно утилизировать. .Некоторые начинающие фирмы в Северной Америке заявляют, что они уже могут извлекать большую часть металлов из аккумуляторов, включая литий, по затратам, конкурентоспособным по сравнению с затратами на их добычу, хотя аналитики говорят, что на данном этапе общая экономическая выгода выгодна только из-за кобальт.

Измельченный аккумуляторный порошок, или «черная масса», очищается от пластин на предприятии Li-Cycle по переработке аккумуляторов в Кингстоне, Онтарио, Канада. Предоставлено: Christinne Muschi/Bloomberg/Getty

Более радикальным подходом является повторное использование катодных кристаллов, а не разрушение их структуры, как это делают в гидро- и пирометаллургии.ReCell, совместное предприятие стоимостью 15 миллионов долларов США, которым управляет Spangenberger, включает в себя три национальные лаборатории, три университета и множество отраслевых игроков. Он разрабатывает методы, которые позволят переработчикам извлекать катодные кристаллы и перепродавать их. Одним из важнейших шагов после измельчения батарей является отделение катодных материалов от остальных с использованием тепла, химических веществ или других методов. «Причина, по которой мы с таким энтузиазмом относимся к сохранению кристаллической структуры, заключается в том, что для ее объединения потребовалось много энергии и ноу-хау.Именно в этом заключается большая ценность», — говорит Линда Гейнс, физический химик из Аргонна и главный аналитик ReCell.

Эти методы обработки работают с целым рядом кристаллических структур и составов, говорит Гейнс. Но если центр переработки получает поток отходов, который включает в себя множество типов батарей, различные типы катодного материала окажутся в котле для переработки. Это может усложнить усилия по разделению различных типов катодных кристаллов. Хотя процессы, разработанные ReCell, могут легко отделить никель, марганец и кобальт от других типов элементов, таких как, например, те, которые используют фосфат лития-железа, им будет трудно разделить два типа, которые оба содержат кобальт и никель, но в разных пропорции.По этой и другим причинам для батарей будет крайне важно иметь какой-то стандартизированный штрих-код, который сообщает переработчикам, что внутри, говорит Спангенбергер.

Рабочий автомобильной фирмы Renault готовится к демонтажу аккумулятора. Фирма заявляет, что перерабатывает все аккумуляторы для своих электромобилей — на данный момент всего пару сотен в год. Фото: Оливье Геррен, Photothèque Veolia

.

Еще одним потенциальным препятствием является то, что химия катодов постоянно развивается.Катоды, которые производители будут использовать через 10–15 лет — в конце жизненного цикла современных автомобилей — вполне могут отличаться от сегодняшних. Наиболее эффективным способом получения материалов для производителя может быть сбор собственных батарей в конце жизненного цикла. И батареи должны быть разработаны с нуля таким образом, чтобы их было легче разбирать, добавляет Гейнс.

Материаловед Эндрю Эбботт из Университета Лестера, Великобритания, утверждает, что переработка будет намного выгоднее, если она пропустит стадию измельчения и разберет клетки напрямую.Он и его сотрудники разработали метод разделения катодных материалов с помощью ультразвука 7 . Это лучше всего работает в аккумуляторных элементах, которые упакованы плоско, а не свернуты (как обычные «цилиндрические» элементы), и, добавляет Эбботт, переработанные материалы могут быть намного дешевле, чем первично добытые металлы. Он участвует в правительственной исследовательской программе Великобритании ReLiB стоимостью 14 миллионов фунтов стерлингов (19 миллионов долларов США) по устойчивости батарей.

Увеличьте объем

Какие бы процессы переработки не стали стандартными, масштаб поможет.По словам Мелина, хотя в сообщениях средств массовой информации грядущий поток отработавших батарей обычно описывается как надвигающийся кризис, аналитики видят в нем большие возможности. Как только миллионы больших батарей начнут подходить к концу своего жизненного цикла, вступит в силу эффект масштаба, который сделает переработку более эффективной, а ее экономическое обоснование — более привлекательным.

Конвейер производства электромобилей на заводе Nio в Хэфэй, Китай. Предоставлено: Qilai Shen/Bloomberg/Getty

Аналитики говорят, что пример свинцово-кислотных аккумуляторов — тех, которые заводят автомобили с бензиновым двигателем — дает повод для оптимизма.Поскольку свинец токсичен, эти батареи классифицируются как опасные отходы и должны утилизироваться безопасным образом. Но вместо этого развилась эффективная промышленность по их переработке, несмотря на то, что свинец дешев. «Более 98% свинцово-кислотных аккумуляторов восстанавливаются и перерабатываются, — говорит Камат. «Ценность свинцово-кислотного аккумулятора даже ниже, чем литий-ионного. Но из-за большого объема в любом случае имеет смысл перерабатывать», — говорит Мелин.

Может пройти некоторое время, прежде чем рынок литий-ионных аккумуляторов достигнет своего полного размера, отчасти потому, что эти аккумуляторы стали исключительно долговечными: современные автомобильные аккумуляторы могут работать до 20 лет, говорит Камат.По словам Мелина, в типичном электромобиле, продаваемом сегодня, аккумуляторная батарея переживет автомобиль, в который она была встроена.

Это означает, что когда старые электромобили отправляются на слом, батареи зачастую не выбрасываются и не перерабатываются. Вместо этого их вынимают и повторно используют для менее требовательных приложений, таких как стационарные накопители энергии или моторные лодки. После десяти лет использования автомобильный аккумулятор, такой как у Nissan Leaf, который первоначально содержал 50 киловатт-часов, потеряет не более 20% своей емкости.

Еще один майский отчет МЭА, организации, известной своими исторически осторожными прогнозами, включал дорожную карту 8 по достижению глобального нулевого уровня выбросов к середине века, которая включает переход на электрический транспорт в качестве краеугольного камня. Уверенность в том, что это достижимо, отражает растущий консенсус среди политиков, исследователей и производителей в том, что проблемы электрификации автомобилей теперь полностью решаемы, и что если мы хотим иметь хоть какую-то надежду удержать изменение климата на управляемом уровне, нельзя терять время. .

Но некоторые исследователи жалуются, что электромобили, кажется, придерживаются невыполнимых стандартов с точки зрения воздействия их аккумуляторов на окружающую среду. «Было бы досадно и контрпродуктивно отказываться от хорошего решения, настаивая на идеальном решении», — говорит Камат. «Это, конечно, не означает, что мы не должны агрессивно работать над вопросом утилизации аккумуляторов».

Производство литий-ионных аккумуляторов

растет, но какой ценой?

В своем первом генеральном плане Tesla Motors Илон Маск написал: «Основная цель Tesla Motors (и причина, по которой я финансирую компанию) состоит в том, чтобы помочь ускорить переход от экономики добычи и сжигания углеводородов к экономике солнечной энергии. который я считаю основным, но не исключительным, устойчивым решением.

Чуть более десяти лет спустя кажется, что это устойчивое решение находится в пределах досягаемости — развертывание солнечных батарей находится на подъеме, и Tesla ведет борьбу за большее распространение электромобилей, которые могут работать на электронах, генерируемых возобновляемыми источниками энергии.

Но по мере того, как чистая энергия процветает, решения компаний, производящих электромобили, и производителей аккумуляторов имеют гораздо больше общего с добычей полезных ископаемых, чем можно было бы предположить в манифесте Маска. Хотя стремительное развитие электромобилей и накопителей энергии позволит странам полагаться на менее углеродоемкую энергию, добыча основных ингредиентов для производства экономичных литий-ионных аккумуляторов, как правило, приводит к опустошению окружающей среды и людей.

Лидеры отрасли приблизились к решению, как хранить энергию и приводить автомобили в движение без ископаемого топлива в больших масштабах, но они только начинают разбираться с моральными последствиями индустрии экологически чистой энергии, поддерживаемой неприглядной правдой о детском труде и загрязнении окружающей среды.

«Это довольно интересный случай, когда преимущества перехода на экологически чистые технологии в некоторых случаях перевешиваются, когда вы смотрите на производство рудника», — сказал Стефан Сабо-Уолш, руководитель отдела исследования сырьевых товаров в Verisk Analytics.

Литиевый треугольник

По словам Джеймса Уайтсайда, управляющего консультанта консалтинговой группы Wood Mackenzie по металлургии и горнодобывающей промышленности, Австралия и Южная Америка, особенно «литиевый треугольник» Аргентины, Чили и Боливии, в настоящее время доминируют от 80 до 90 процентов производства лития.

Производство в Южной Америке основано на рассолах, извлеченных из недр земли. На рассолах соленая вода распределяется по большим поверхностям на глубине в несколько футов и оставляется для испарения на месяцы.При перемещении из пруда в пруд концентрация лития медленно увеличивается до тех пор, пока его можно будет отделить от остального рассола. Затем сырой литий перерабатывается в хлорид лития, который используется в таких приложениях, как батареи. В Австралии производители сырья концентрируются на более энергоемкой и дорогостоящей добыче твердых пород, где литий измельчается из камней.

В 2016 году производство лития выросло на 16 процентов по сравнению с предыдущим годом. Австралия произвела большую его часть, 14 300 метрических тонн, большая часть которых отправляется в Китай для переработки.

Так называемая «лихорадка белого золота» позволила производителям аккумуляторов увеличить производство и сохранить планы по созданию гигафабрик. Но его результаты не были столь позитивными для коренных жителей, таких как община Атакама в Южной Америке, что вызвало протесты с рукописными плакатами с надписью «Мы не едим батареи», как сообщает The Washington Post .

Коренные жители в литиевом треугольнике опасаются, что высокие уровни воды, необходимые для производства лития — до полумиллиона галлонов на тонну — могут сократить и без того ограниченные запасы воды в засушливых и засушливых районах, где находятся соляные месторождения. расположены.Эти опасения вызвали протесты против эксплуатации ресурсов крупными компаниями. В 2012 году 33 общины коренных народов обратились в Верховный суд Аргентины с просьбой о консультации по разработке лития.

«Неизвестно, какой ущерб может быть нанесен»

Хелле Абельвик-Лоусон, докторант и исследователь из Университета Эссекса, занимающаяся изучением воздействия добычи лития в Боливии и Аргентине, сказала, что многие, но не все, общины учатся жить с деятельностью и развитием горнодобывающих компаний. принести, потому что они также доставляют рабочие места.«Главное, чтобы сообщества, если они собираются создать эту огромную индустрию, хотели участвовать», — сказала она.

Но есть также сообщества, сказала она, «которые категорически против этого».

По словам Абельвик-Лоусон, текущее воздействие мелкомасштабной добычи лития относительно минимально. Но по мере того, как спрос стремительно растет, то, как компании наращивают производство, может изменить ситуацию. «Есть опасения», — сказала она. «Как только что-то действительно увеличивается, невозможно сказать, какой крупномасштабный ущерб может быть нанесен.»

Соляные участки обычно потребляют мало энергии, потому что солнце перерабатывает литий из бассейнов. Но Уайтсайд сказал, что недавний всплеск спроса подстегнул практику «прямой доставки руды» с мест добычи горных пород в Китай за последние три-шесть месяцев. Чтобы ускорить процесс, перед концентрацией отправляется больше сырья.

«Это означает, что ваше потребление энергии для транспорта намного выше — примерно в три раза выше», — сказал Уайтсайд. «Это не будет конкурентоспособным в долгосрочной перспективе, но в настоящее время с такими ценами такое производство стимулируется.

Для батарей на основе лития также требуется сырье, такое как кобальт, никель и графит, что еще больше усложняет цепочку поставок. Трудовые несправедливости при добыче кобальта хорошо задокументированы. Более 20 процентов экспорта из Демократической Республики Конго, крупнейшего мирового производителя, приходится на нерегулируемые кустарные рудники, на которых часто работают дети. Что касается сырья, такого как никель и графит, страны-производители справляются с загрязнением воды и вырубкой лесов.

Масштабирование и массовое производство литиевых батарей является сложной задачей, но нарушения прав человека и экологические проблемы их производства сделают ее еще более сложной для производителей и конечных пользователей.Исходный материал поступает из шахт по всему миру, и определить его происхождение не всегда легко. Компаниям, торгующим экологически чистыми технологиями, такими как электромобили и солнечные батареи, необходимо искать лучшие варианты, поскольку использование аккумуляторов продолжает стремительно расти, иначе они рискуют столкнуться с негативной реакцией.

Стрела аккумуляторная

По данным Bloomberg New Energy Finance, глобальные мощности по производству аккумуляторов удвоятся к 2021 году и превысят 278 гигаватт-часов в год.Ожидается, что к тому же году литий-ионные батареи станут на 43% дешевле.

Хотя в последние годы производители альтернативных аккумуляторов пытались конкурировать с литиевыми моделями, эта битва оказалась безуспешной, отчасти из-за простоты и гибкости технологии. Шокирующе низкие цены на батареи на основе лития останутся главным фактором доминирования этой технологии в будущем — до тех пор, пока производители будут продолжать поставлять литий.

Отношение запасов к производству лития (остаточное количество невозобновляемого ресурса, выраженное во времени) измеряется [величиной] сотен, тогда как для большинства добываемых товаров оно исчисляется десятками», — сказал Уайтхаус.«Есть много ресурсов там».

«На следующее десятилетие определенно будет достаточно… лития», — добавил он. «Вопрос в том, сколько времени потребуется, чтобы эти источники появились в сети».

Беспокойство вызвано не известными запасами, которых предостаточно. Уайтсайд, работающий над исследованием рынка лития, проведенным Wood Mackenzie, описывает кривую спроса и предложения на литий по традиционной схеме. Хотя цены на батареи достигают нового минимума, цены растут (в настоящее время около 12 000 долларов за тонну), как и спрос.Чтобы удовлетворить этот спрос, производители запланировали проекты по всему миру. Но поскольку добыча лития требует много времени, и многие из этих проектов не будут завершены в течение многих лет, высокий спрос и ограниченное предложение, вероятно, сохранятся в настоящее время, по словам Уайтхауса.

«На рынке будут циклы», — добавил он. «Я уверен, что в какой-то момент рынок перейдет в состояние перенасыщения просто из-за количества разрабатываемых проектов».

Но на данный момент производители аккумуляторов жаждут всего лития, который они могут получить.Поиск этично добытого лития, скорее всего, только увеличит спрос и цены.

Еще один путь вперед

Есть и другие способы расширить производство лития, не полагаясь на сомнительные трудовые и экологические методы, которые сейчас широко распространены в процессе добычи лития.

Компании, в том числе MGX Minerals, базирующаяся в Канаде, работают над поиском доступных и малоиспользуемых складов лития. Начиная с 2016 года MGX тестирует систему нанофильтрации, в которой используется набор узкоспециализированных мембран для пассивного просеивания лития из сточных вод.По словам генерального директора Джареда Лазерсона, система MGX возвращает 70 процентов лития и занимает всего один день, а не традиционные месяцы.

До сих пор MGX сотрудничала с такими компаниями, как Canadian Natural Resources Limited в Альберте, и работает над коммерческим заводом, который мог бы перерабатывать 7500 баррелей сточных вод в день и производить значительный объем эквивалента карбоната лития.

Процесс MGX очищает воду, оставшуюся после традиционных нефтяных операций, и дает прибыль.Привлекательным побочным преимуществом может стать привлечение традиционных энергетических компаний.

«Нефтяные компании очень, очень традиционны в своем мышлении, но они наблюдают за тем, что происходит», — сказал Лазерсон. «Это заставляет их немного нервничать и заставляет очень серьезно относиться к этим [проектам]».

По словам Сабо-Уолша, с точки зрения обеспечения ответственности за традиционную добычу полезных ископаемых, это, вероятно, ляжет на плечи компаний и корпоративных объединений. Он сказал, что прошлые примеры, связанные с конфликтными минералами золота, вольфрама, олова и тантала, которые регулируются законом Додда-Франка, могут послужить уроком для отраслевых партнерств в отношении обмена информацией о методах работы поставщиков, оценочных анкет и экологических рейтингов.Рассмотрение того, куда попадает литий после его использования, также может сделать производителей более внимательными к производственному процессу.

«Автомобильным компаниям необходимо обсудить и спланировать, каким будет конец использования литий-ионных аккумуляторов», — сказал Уайтсайд. «Это то, что многие автомобильные компании даже не рассматривают».

В конечном счете, по мере увеличения производства компаниям необходимо будет сделать отчетность неотъемлемой частью срока службы батареи.Хотя мировых запасов лития будет достаточно, чтобы подпитывать крупномасштабную революцию в хранении, текущие затраты далеко не ничтожны.

Присоединяйтесь к GTM для глубокого погружения в многообещающий внутренний рынок хранения энергии на Саммите по хранению энергии в США в 2017 году. Коммунальные службы, финансисты, регулирующие органы, технологические новаторы и специалисты по хранению соберутся вместе на два полных дня презентаций, насыщенных данными, аналитиков. провел панельные сессии с лидерами отрасли, а также обширное общение на высоком уровне.Узнайте больше здесь.

литий-ионных аккумуляторов и проблемы их производства — Клаус Даниэль | Frontiers of Engineering: отчеты о передовых технологиях с симпозиума

2014 г.

поставка возобновляемых источников энергии. Тем не менее, стоимость по-прежнему остается проблемой, и ее необходимо решать путем развития надежной цепочки поставок, стандартов в производстве, высокой производительности и оптимизированных недорогих методов обработки. Помимо снижения затрат, исследования могут расширить знания о молекулярных процессах и проблемах транспорта, чтобы оптимизировать конструкцию и использование доступной энергии в батареях и увеличить срок их службы.

Как показано в этой статье, увеличение содержания энергии и емкости в активных электродных материалах и сокращение непрямых материалов в производстве — это два способа повлиять на стоимость.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Части этого исследования в Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL; управляется UT Battelle, LLC) для Министерства энергетики США (по контракту DE-AC0500OR22725) спонсировались Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (EERE) Управление транспортных технологий (VTO) Подпрограмма Applied Battery Research (ABR) (руководители программы: Питер Фаги и Дэвид Хауэлл).Автор признателен за многочисленные плодотворные обсуждения и вклад Дэвида Вуда, Цзяньлиня Ли и Дебасиша Моханти из научно-исследовательского центра Министерства энергетики США по производству аккумуляторов в ORNL, а также Бет Армстронг из отдела материаловедения и технологий ORNL.

ССЫЛКИ

Besenhard JO, Schöllhorn R. 1976. Механизм разрядной реакции электрода MoO 3 в органических электролитах. Журнал источников энергии 1 (3): 267–276.

Daniel C. 2008. Материалы и обработка для литий-ионных аккумуляторов.Журнал Общества минералов, металлов и материалов 60 (9): 43–48.

Даниэль С., Безенхард Дж. О., ред. 2011. Справочник по материалам аккумуляторов. Вайнхайм: Wiley-VCH.

Дэниел С., Моханти Д., Ли Дж., Вуд Д.Л. 2014. Обзор катодных материалов. Обзор материалов и технологий для хранения электрохимических веществ: Материалы конференции AIP 1597: 26–43; дои: 10.1063/1.4878478.

DOE [Министерство энергетики США]. 2013. EV везде: план грандиозного вызова. Доступно на http://energy.gov/sites/prod/files/2014/02/f8/eveverywhere_blueprint.pdf.

Ли Дж., Рулисон С., Кигганс Дж., Дэниел С., Вуд Д.Л. 2012. Превосходные характеристики водных дисперсий LiFePO 4 благодаря обработке коронным разрядом и оптимизации поверхностной энергии. Журнал Электрохимического общества 159 (8): A1152–A1157.

Ли Дж., Армстронг Б.Л., Кигганс Дж., Дэниел С., Вуд Д.Л. 2013. Повышение производительности ионно-литиевых элементов с использованием водных катодных дисперсий LiFePO4 и полиэтилениминового диспергатора. Журнал Электрохимического общества 160 (2): A201–A206.

Мидзусима К., Джонс П.С., Уайзман П.Дж., Гуденаф Дж.Б. 1980. Li x CoO 2 (0

Рот ЧП. 2000. Термическая характеристика литий-ионных аккумуляторов с использованием калориметрических методов. Конференция и выставка по технологиям преобразования энергии (IECEC), 35-я Intersociety 2: 962–967; doi:10.1109/IECEC.2000.870897.

Что нужно знать о производстве литий-ионных аккумуляторов

Обеспечение высокого уровня качества при производстве литий-ионных аккумуляторов имеет решающее значение для предотвращения снижения производительности и даже рисков для безопасности.Бенджамин Штернкопф, Ян Греори и Дэвид Принс из PI Berlin изучают предпосылки для нахождения оптимального соотношения между стоимостью, производительностью и сроком службы батареи.

Распространение перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов, используемых в самых разных областях, сделало эту технологию доступной для широкой публики. Споры о различных типах батарей, их свойствах, стоимости и производительности стали популярными темами в частных и профессиональных дискуссиях.

Однако в большинстве этих дискуссий чрезмерное внимание уделяется химическому составу элементов в батареях.Например, безопаснее ли литий-железо-фосфатная батарея, чем литий-никель-марганцево-кобальтовая батарея. По правде говоря, на производительность батареи влияет не один, а до пяти основных факторов: химический состав элемента, геометрия элемента, качество изготовления, соответствие технологии применению и системная интеграция.

Клеточная химия считается «верхушкой айсберга». Это наиболее заметная характеристика, но фактическая производительность аккумуляторных систем в реальных приложениях редко в значительной степени зависит от химического состава элемента.Чаще всего это один из пяти других факторов.

Качество изготовления — один из самых важных факторов, но при этом наименее обсуждаемый. Причина этого, вероятно, в том, что химию и геометрию клеток можно легко обсуждать на основе множества информации, доступной в открытом доступе. Подбор наиболее подходящего химического состава батареи для применения — это тема, которую можно смоделировать и обсудить с помощью современных вычислительных инструментов. Однако производство и качество изготовления, как правило, являются внутренним секретом каждого производителя и часто выявляют явные различия между производителями даже при использовании одних и тех же химических веществ.У производителей мало стимулов публиковать подробности о своих производственных процессах в любой форме.

Термин BESS, или аккумуляторная система хранения энергии, относится к системе, которая представляет собой нечто большее, чем просто аккумулятор. Чтобы батарея функционировала эффективно, ей нужны дополнительные компоненты. BESS обычно включает в себя систему преобразования энергии, также известную как инвертор, которая включает в себя двунаправленную силовую электронику, используемую для одновременной зарядки и разрядки батареи. Система управления мощностью информирует инвертор о том, когда заряжать и разряжать аккумуляторы.Дополнительные системы охлаждения и пожаротушения устанавливаются для предотвращения и сдерживания любых событий, связанных с перегревом. И, наконец, дополнительные источники питания, а также контейнер для хранения необходимы для поддержки и размещения всей системы.

Из-за сложности полной BESS в этой статье рассматриваются только батареи и их производство. Для реальных проектов рекомендуется помнить, что батарея — это только часть общей системы. Другие компоненты и взаимодействие между ними необходимо оценивать с такой же тщательностью, чтобы достичь высоких уровней производительности и безопасности BESS.

Производство клеток — сложный процесс, требующий тщательного контроля качества. Изображение: PI Берлин.

Прежде чем приступить к изучению производства аккумуляторных элементов, полезно понять, как устроена аккумуляторная стойка. Батарейные элементы по конструкции аналогичны батареям сотовых телефонов или ноутбуков, за исключением того, что они намного больше. Ячейки объединяются в блок ячеек с помощью последовательного или параллельного соединения. Блоки ячеек собраны в модули с коммуникационными портами для измерения температуры и напряжения.Затем эти модули соединяются внутри стойки, которая обеспечивает последовательное соединение модулей батарей. Батарейная стойка также будет включать в себя вышестоящую систему управления, известную как распределительное устройство, которая обеспечивает датчики тока и протоколы связи. Важно отметить, что это расположение основано на стандартной терминологии IEC, и некоторые могут использовать другую терминологию.

Целью батареи является перемещение электронов от анода к катоду при разрядке батареи. Это достигается за счет того, что ионы лития, положительно заряженные частицы, проходят через микропористый сепаратор, заполненный электролитом, препятствующим прохождению электронов.Этот процесс зажат между отрицательно заряженным медным коллектором и положительно заряженным алюминиевым коллектором. Важно иметь однородные поверхности, чтобы ионы лития могли легко проходить через них.

На первый взгляд батарея состоит из ячеек, модулей и цепочек, что делает ее похожей на фотоэлектрическую панель. Однако основные различия становятся очевидными при сравнении отдельных ячеек. Фотоэлектрическая ячейка работает в соответствии с квантовым фотогальваническим эффектом; аккумуляторная батарея основана на химических реакциях.Принцип работы аккумуляторной батареи больше похож на химико-технологический завод, в связи с чем производственные процессы существенно различаются.

В отличие от фотоэлектрических элементов, литий-ионные аккумуляторные элементы необходимо контролировать отдельно по напряжению, току и температуре по соображениям безопасности и производительности. Качество и точность системы управления батареями играют не менее важную роль в производительности и безопасности всей аккумуляторной системы. Это означает, что всеми процессами, связанными с производством соответствующей электроники, необходимо управлять так же, как и производством фотоэлектрического инвертора.

Создание высокоэффективной и безопасной аккумуляторной системы — не высшая математика, но требует больших усилий. Основная задача заключается в создании трехмерной структуры (круглой или призматической ячейки) из двухмерной структуры (слоев фольги).

Например, обычная BESS мощностью 50 МВтч будет иметь площадь поверхности в размере 500 000 квадратных метров (т. е. приблизительно 5 000 000 квадратных футов) пар электродов. Это эквивалентно площади 70 футбольных полей.Если бы BESS была подключена к фотоэлектрической электростанции мощностью 50 МВт, площадь поверхности аккумуляторных элементов была бы больше, чем площадь поверхности фотоэлектрических панелей, заряжающих их.

Для производства этих ячеек очень важно создать эту поверхность с предельной точностью. Общим критерием является то, что максимальное отклонение толщины поверхности не должно превышать 1–2 %. Если производитель превышает это значение, батарея подвергается более высокому риску стать угрозой безопасности и подвергнется ускоренному снижению производительности.

Производство батареи обычно можно разделить на четыре основных этапа:
1. Начальный контроль качества и производство электродов
2. Сборка пакета элементов
3. Сушка, заполнение электролитом, форматирование, старение и сортировка
4. Сборка элементов в аккумулятор

Изображение на обложке. Качество изготовления литий-ионных аккумуляторов является ключевым фактором, определяющим срок службы. Изображение: PI Берлин.

Это начальный отрывок из статьи, полностью опубликованной в последнем выпуске нашего ежеквартального технического журнала PV Tech Power (Vol.24) в специальном разделе Storage & Smart Power, созданном командой Energy-Storage.news. В полной статье подробно рассматривается каждый из различных этапов производства, а также обсуждаются другие важные факторы, влияющие на принятие решений, такие как гарантии и испытания. Чтобы загрузить всю статью как отдельный документ, подписаться или скачать всю 108-страничную книгу, посетите магазин PV Tech.

Роль США в мировом производстве литиевых аккумуляторов

«Задача по созданию конкурентоспособной и устойчивой отрасли по производству аккумуляторов в Соединенных Штатах огромна, и стране необходимо действовать быстро. Министерство энергетики США «Национальный проект литиевых батарей», 2021 г.

  Белая книга  

Резюме

По мере того, как мир отказывается от ископаемого топлива в пользу чистых источников энергии и борется с изменением климата, технология литиевых батарей становится все более важной для конкурентоспособности США и других стран мира.

Китай в настоящее время доминирует в глобальной цепочке поставок литиевых батарей. Более 70% всех мировых мощностей по производству литий-ионных аккумуляторов контролируется Китаем.

Если Китай решит сократить поставки или резко поднять цены, это нанесет ущерб транспортному и логистическому секторам США, которые быстро переходят на электромобили с литиевыми батареями.

Чтобы противостоять этой угрозе, Министерство энергетики рекомендует ряд мер, направленных на увеличение внутренних поставок сырья и увеличение мощностей по переработке лития и производству аккумуляторов в стране. Однако масштаб реальных действий намного ниже необходимого, чтобы хотя бы начать догонять Китай.

Автопроизводители США инвестируют миллиарды в новые заводы по производству аккумуляторов, чтобы обеспечить мощность своих новых пассажирских электромобилей (EV), но другие сегменты, такие как промышленные автомобили, этого не делают.

Несмотря на это, этим предприятиям и политикам потребуются годы, чтобы произвести достаточно батарей для удовлетворения внутреннего спроса.

США отставали от Китая на 511 ГВтч в год в 2020 году и, учитывая текущую тенденцию, отстанут от Китая более чем на 1700 ГВтч в год в 2025 году. Инвестиции в размере 1 миллиарда долларов в производство дают выход примерно 10 ГВтч в год.Дополнительные инвестиции в производство аккумуляторов в США, чтобы догнать Китай, потребуют 175 миллиардов долларов в следующие три года.

Сейчас необходим решительный, согласованный национальный ответ, который поставит США на путь независимости от батарей.

Введение

Подобно пару и ископаемому топливу, питавшим экономику последних двух столетий, батареи быстро становятся основным источником энергии в 21 ст веке.

Из-за изменения климата и других неотложных экологических проблем мир использует электричество в качестве основного источника энергии, особенно для транспорта, логистики и потребительских товаров.Аккумуляторы всех типов станут связующим звеном между энергетическими технологиями прошлого и технологиями будущего. Это делает аккумуляторы в целом и наиболее передовые типы аккумуляторов в частности, литий-ионные аккумуляторы, критически важными для долгосрочного экономического процветания всех стран, включая США

Согласно «Национальному плану литиевых батарей», опубликованному Министерством энергетики (DoE) в июне 2021 г., «индустрия литий-ионных аккумуляторов, по-видимому, находится на переломном этапе, при этом затраты снизились почти на 90% с тех пор, как 2010.Эта технология меняет транспортные рынки по всему миру и может изменить глобальные отрасли в ближайшие десятилетия».

Нигде это не так очевидно, как на рынке электромобилей. Ожидается, что продажи электромобилей в ближайшие годы резко возрастут. Американские автопроизводители заявили, что к 2030 году 40–50% новых автомобилей, продаваемых в США (примерно 28 миллионов), будут электрическими. Это было бы огромным увеличением по сравнению с сегодняшней ничтожной долей рынка в 2–4%.

И это относится не только к автомобилям, но и к погрузочно-разгрузочному оборудованию (MHE).Сегодня 65% всех вилочных погрузчиков, автопогрузчиков и других МПРО являются электрическими. Хотя только около 7% питаются от литиевых батарей, ожидается, что к 2028 году это число увеличится до 48%. Это связано с тем, что литиевые батареи работают лучше, требуют меньше обслуживания и более экологичны, чем их свинцово-кислотные аналоги.

«Сегодня на компании оказывается давление с целью электрификации в ответ на глобальный спрос на сокращение выбросов CO 2 », — сказала Эмили Херш, генеральный директор Luna Lithium.«Обработка материалов должна быть все более и более прозрачной в отношении собственного выброса CO2».

И хотя портативная электроника (смартфоны, планшеты и ноутбуки) является наиболее заметным вариантом использования, спрос на литиевые батареи, создаваемые этими продуктами, бледнеет по сравнению со спросом, создаваемым рынками транспорта, MHE и сетевых накопителей энергии. .

Подсчитано, что к 2034 году только США потребуется 500 000 тонн неочищенного лития в год только для питания электромобилей.Сегодня США производят лишь малую часть этого количества. Текущее мировое производство лития в 2020 году составляло около 440 000 тонн эквивалента карбоната лития (LCE, содержит около 18% чистого лития), и не все это находится в достаточно чистой форме для батарей, по словам Криса Дорнбоса, президента и генерального директора. E3 Metals Corp, компании по добыче лития, расположенной в Калгари, Канада, которая планирует производить гидроксид лития для аккумуляторных батарей.

Хотя производство неочищенного лития, как ожидается, утроится к 2025 году, производство вряд ли будет соответствовать спросу в долгосрочной перспективе, поскольку такие страны, как Индия, и такие штаты, как Калифорния, требуют, чтобы значительная часть их транспортных секторов полностью переходила на электроэнергию.Возобновляемые источники также играют роль. По мере того, как коммунальные предприятия переходят на возобновляемые источники электроэнергии, такие как ветер и солнечная энергия, потребуется накопление электроэнергии в масштабе сети, чтобы сбалансировать частоту сети и подачу электроэнергии, когда эти первичные источники генерации простаивают. Большая часть этого хранилища сегодня (и в обозримом будущем) приходится на массивные фермы литий-ионных аккумуляторов.

Согласно «National Blueprint», «Bloomberg прогнозирует 3,2 миллиона продаж электромобилей в США в 2028 году. При средней емкости аккумуляторов электромобилей в 100 кВтч потребуется 320 ГВтч внутренних производственных мощностей по производству литий-ионных аккумуляторов только для удовлетворения потребностей пассажирских электромобилей. спрос.Benchmark Mineral Intelligence прогнозирует, что к 2028 году мощность производства литий-ионных аккумуляторов в США составит 148 ГВтч29, что составляет менее 50% прогнозируемого спроса на электромобили.

«Эти прогнозы показывают, что существует реальная угроза того, что американские компании не смогут извлечь выгоду из роста внутреннего и мирового рынка, что может повлиять на их долгосрочную финансовую жизнеспособность».

Китай доминирует на рынке аккумуляторов

В то время как основными производителями неочищенного лития для аккумуляторов в порядке производства являются Австралия, Чили, Китай и Аргентина, именно Китай доминирует на мировом рынке производства литий-ионных аккумуляторов.(Половина мировых запасов лития находится в Боливии.)

По словам Прабхакара Патила, бывшего генерального директора LG Chem Power, ведущего поставщика литий-ионных элементов, которые используются для создания литий-ионных аккумуляторных блоков, которые используются в автомобилях и MHE, китайская доля на рынке аккумуляторов— от добычи сырья до переработки и производства аккумуляторных элементов и аккумуляторов — в 2018 году они составили 60 %. Всего за последние два года они захватили дополнительно 12 % мирового рынка и будут доминировать на рынке аккумуляторов в ближайшее десятилетие или более. .

Это превосходство не случайность. По словам Дэвида Декельбаума, управляющего директора по устойчивому развитию и переходу к энергетике в инвестиционно-банковской фирме Cowen, за последнее десятилетие китайские лидеры потратили 60 миллиардов долларов на развитие внутреннего рынка транспортировки литиевых батарей. Сегодня, когда кто-то путешествует по Китаю, электромобили, в том числе мотоциклы и скутеры, повсюду. Разработанная ими замкнутая система создала огромный спрос, который удовлетворялся за счет внутренних ресурсов.

Несмотря на то, что У.Политики Южной Америки хорошо осведомлены о доминировании Китая на рынке, и такие компании, как Tesla, GM и Ford, объявили о планах строительства новых заводов по производству аккумуляторов. Пройдет много лет, прежде чем США смогут их догнать.

Риск китайского рынка аккумуляторов

Риски для экономики США из-за зависимости от Китая в отношении батарей, хотя и не экзистенциальные, но существенны. Согласно «National Blueprint», «[b]разработка и производство батарей имеют стратегическое значение для США.S., как в рамках перехода к экономике чистой энергии, так и в качестве ключевого элемента конкурентоспособности автомобильной промышленности».

Благодаря продажам и обслуживанию автомобильная промышленность вносит в экономику США 1,1 триллиона долларов, и в ней занято около 10 миллионов человек, или 5% всех рабочих мест в США, говорится в отчете. Учитывая, что США ожидают пяти-десятикратного увеличения спроса на батареи в ближайшее десятилетие, любые перебои с поставками, которые приведут к увольнениям, могут иметь значительные волновые последствия для всей экономики.

Опять же, это также относится к производителям и поставщикам MHE. Поскольку литиевые батареи специально разработаны для каждого типа транспортного средства, в которое они входят, их нельзя просто заменить на батарею от другого транспортного средства, например автомобиля. Таким образом, если компоненты батареи, такие как элементы, будут в дефиците, поставщики MHE будут изо всех сил пытаться удовлетворить спрос клиентов на дополнительное оборудование. Цены могут вырасти, а также время ожидания доставки оборудования, которое они могут предоставить.

Сегодня мы наблюдаем эту динамичную игру.Нехватка полупроводников приводила к остановке производства автомобилей и грузовиков на североамериканских сборочных заводах в прошлом году.

Также есть уголок национальной обороны. Американские военные, как и все остальные, находят все более и более творческое применение технологиям, зависящим от аккумуляторов. Поскольку США уже зависят от остального мира в удовлетворении большей части своих потребностей в батареях, без крупных инвестиций в внутреннее производство батарей и цепочки поставок, военные могут столкнуться с нехваткой поставок, если Китай решит приостановить производство или продать больше другим странам. .Вот почему в 2018 году США добавили литий, кобальт и графит (все критические соединения литиевых батарей) в свой список важнейших полезных ископаемых, имеющих значение для национальной и экономической безопасности.

Другой риск связан с ценообразованием. Поскольку стоимость киловатт-часа литиевых батарей быстро падает, это является краткосрочной проблемой, но, тем не менее, проблемой. В то время как у Китая недостаточно внутренних поставок, чтобы монополизировать мировой рынок сырья, большая часть цепочки переработки и переработки лития базируется в Китае.Это означает, что они могут напрямую влиять на цены. Как мы видели на протяжении многих лет с нефтью, зависимость от иностранных поставок критически важного ресурса может причинить много боли потребителям и производителям. Конечно, удушение рынка аккумуляторов может иметь неприятные последствия, отпугивая клиентов в долгосрочной перспективе.

Что можно и делается

Цепочка поставок батарей сложная. Литий нужно добывать, выкачивать из-под земли или собирать после того, как огромные соляные бассейны испарятся. Затем он перерабатывается в литий для аккумуляторов и превращается в различные компоненты аккумуляторов, такие как катоды и электролит.Затем они объединяются вместе с анодом (обычно сделанным из графита), токосъемниками, электролитом и сепаратором в ячейку. Затем элементы отправляются на заводы по производству аккумуляторов (называемые гигафабриками), где они собираются в окончательный форм-фактор. Сами клетки могут быть цилиндрическими, квадратными или мешкообразными.

Хотя США не могут конкурировать, когда речь идет о производстве собственных запасов лития-сырца, США могут многое сделать, чтобы оставаться конкурентоспособными на мировых рынках аккумуляторов.Это включает в себя увеличение внутренних поставок сырья и перерабатывающих мощностей для превращения этого сырья в батареи, сказал Уильям Адамс, глава отдела исследований аккумуляторов и основных металлов в Fastmarkets.

«США в настоящее время поощряют внутреннюю зеленую экономику, — сказал он. «Он поставил перед собой амбициозные цели по внедрению электромобилей и поощряет добычу важных металлов. Это просто медленное начало. Они стремятся вперед с проектами по добыче и переработке, как внутри страны, так и за рубежом, и изучают новые технологии и переработку.Но нужно больше».

В настоящее время американские автопроизводители планируют потратить миллиарды долларов на увеличение внутренних мощностей США по производству элементов и готовых аккумуляторов, что поможет увеличить местное производство аккумуляторов. Если США попытаются создать полностью внутреннюю цепочку поставок, как выступают некоторые, им не придется полагаться только на Китай в плане сырья. Австралия, Чили, Канада и Аргентина, а также запасы в США могли бы обеспечить американские нефтеперерабатывающие заводы достаточным количеством необработанного лития для их нужд.(К 2035 году только Канада, вероятно, сможет производить 250 000 тонн.) Но такой подход потребует многих лет.

Но этого недостаточно. По данным Benchmark Material Intelligence, в 2020 году мощности по производству литиевых аккумуляторов в США отставали от Китая на 511 ГВтч в год. При нынешних темпах развития аккумуляторной инфраструктуры США все равно будут отставать от Китая более чем на 1700 ГВтч в год в 2025 году. миллиард долларов инвестиций в производство дает около 10 ГВтч в год аккумуляторов. Чтобы догнать прогнозируемое производство Китая, потребуются инвестиции в размере 175 миллиардов долларов в течение следующих трех лет.

По оценкам экспертов, государственная поддержка Китаем производителей аккумуляторов в различных формах за последнее десятилетие составляет 60 миллиардов долларов. Если правительство США решит субсидировать 50% от общего объема необходимых инвестиций, расходы, вероятно, будут такими же.

Хотя некоторые могут выступать за их реализацию, увеличение тарифов не укрепит внутреннее предложение США, потому что у США нет инфраструктуры, воли и ресурсов, чтобы двигаться намного быстрее, чем они есть сегодня.

Лучший подход, по мнению Декельбаума из Cowen, состоит в том, чтобы США сосредоточились на том, чтобы стать центром спроса. Таким образом, производителям всего, от сырого лития до компонентов, придется работать с американскими компаниями, иначе они рискуют потерять значительную долю рынка. Это подход, который США используют для конкуренции во многих других секторах рынка, от солнечных батарей до электроники.

«Вам, конечно, не нужно иметь собственное сырье внутри страны, чтобы удовлетворить ваши потребности», — сказал он.«Если у вас есть потребность в спросе, рынок придет к вам точно так же, как мы не производим собственную сталь. Нам не нужно было контролировать сырье ни для чего другого. Я не знаю, почему для лития должно быть иначе».

Поскольку запасы лития в США будут продолжать разрабатываться, Декельбаум хотел бы, чтобы федеральный надзорный совет координировал разработку аккумуляторов в разных штатах. Эта организация будет заниматься установлением правил и консультированием по аналогии с Федеральной комиссией по регулированию энергетики, которая регулирует строительство трубопроводов в США.С.

Согласно отчету Института оборонного анализа за 2020 год «Промышленная база литий-ионных аккумуляторов в США и за рубежом», еще один путь, учитывая, что США являются мировым лидером в области исследований и разработок аккумуляторов, заключается в том, чтобы сосредоточиться на владении одним аспектом цепочки поставок. . Аноды и твердотельные батареи, в частности, являются областями, созревшими для дальнейшего развития. Захватив лишь один аспект глобальной цепочки поставок, США получат сильную позицию на переговорах с остальным миром.

«Подобно анодной технологии, твердотельные батареи — это область, в которой у Соединенных Штатов есть возможность выйти на рынок компонентов батарей и производства элементов», — говорится в отчете.

Также вносятся изменения в политику. Совместно с Белым домом Министерство энергетики объявило в феврале 2021 года, что оно:

  • Высвободить деньги из кредитного фонда в размере 17 миллиардов долларов для инвестирования в «производителей передовых технологий автомобильных аккумуляторных батарей и блоков для переоснащения, расширения или создания таких производственных мощностей в Соединенных Штатах».
  • Внести поправку в Закон Бэя-Доула, чтобы гарантировать, что любые исследования аккумуляторов, проведенные с использованием федеральных долларов, не будут отправлены за границу.
  • Инвестировать в производство аккумуляторов большой емкости и продуктов, в которых эти аккумуляторы используются для поддержки хорошо оплачиваемых профсоюзных рабочих мест.
  • Предоставлять потребителям скидки и налоговые льготы, чтобы стимулировать принятие потребителями электромобилей.
  • Ускорить электрификацию парка транзитных автобусов страны.

Министерство энергетики также рекомендует Конгрессу электрифицировать национальный парк школьных автобусов, предоставить налоговые льготы и скидки на покупку электромобилей, а также учредить программу грантов с разделением затрат для поддержки производства аккумуляторных элементов и аккумуляторов в США.С., а также целый ряд других законодательных актов. Он также рекомендует Конгрессу обновить правила добычи полезных ископаемых, чтобы увеличить внутреннее производство лития и другого критически важного сырья для аккумуляторов — то, за что Дорнбос из E3 регулярно выступает в Канаде.

«Для меня, если вы дали мне отсрочку от гонорара, когда я нахожусь в производстве, я возьму ее, но это не то, что поможет мне попасть в производство», — сказал он. «Что мне нужно, так это финансовая поддержка и открытие дверей для получения разрешений от регулирующих органов».

«Национальный проект» также содержит план действий из пяти шагов, но не содержит ни сроков, ни бюджета, что делает его скорее списком пожеланий.Их план призывает США сделать следующее:

  • Обеспечьте доступ к сырью и переработанным материалам и найдите альтернативы критически важным минералам для коммерческого и оборонного применения.
  • Поддержка роста базы обработки материалов в США, способной удовлетворить внутренний спрос на производство аккумуляторов.
  • Стимулировать производство электродов, элементов и аккумуляторов в США.
  • Обеспечьте масштабное повторное использование отходов и переработку критически важных материалов в США, а также полную конкурентоспособную цепочку создания стоимости в США.С.
  • Сохраняйте и продвигайте лидерство США в области аккумуляторных технологий, активно поддерживая научные исследования и разработки, образование в области STEM и развитие рабочей силы.

Еще одна область, в которой США лидируют, — переработка литиевых батарей. По словам Николаса Грандиша, вице-президента по аккумуляторным технологиям в EnergyX и научного сотрудника Техасского университета в Остине, вместо добычи сырья их переработка — если все сделано правильно — может стать более рентабельной.

«Что мы будем делать со всеми этими отработанными батареями?» он сказал. «Вы не можете просто выбросить их где попало. Если бы у вас был процесс оживления этих материалов и их повторного использования, это было бы огромным плюсом для тех, кто быстрее разработает наиболее жизнеспособную технологию».

Несмотря на то, что в некоторых секторах эта проблема становится главной новостью, крайне необходимо информировать заинтересованные стороны, от политиков до руководителей бизнеса, о важности цепочки поставок литиевых батарей для будущей конкурентоспособности США и экологической безопасности.Рынок литиевых батарей все еще достаточно новый, поэтому политики, в частности, могут не знать о его критической важности для конкурентоспособности США в 219007-м -м веке. Поскольку эта общенациональная проблема, потребуется национальная образовательная программа, чтобы поддержать усилия по достаточно быстрому развитию передового производства аккумуляторов.

Несмотря на то, что ископаемое топливо будет с нами еще много лет, многие считают его источником энергии прошлого. Чистое, безуглеродное электричество обеспечит будущее.Аккумуляторы — это ключевая технология, вокруг которой вращаются успех и неудачи. Надежные, устойчивые и предсказуемые поставки литиевых батарей теперь являются национальным приоритетом.

Заключительные мысли

Угроза доминирования Китая в глобальной цепочке поставок лития представляет собой реальную и непосредственную опасность для конкурентоспособности США, но это управляемая и известная угроза. Как и в прошлом, экономическая устойчивость США обеспечивается ее новаторами, исследователями, бизнес-лидерами и огромным потребительским рынком, которого жаждут производители по всему миру, а не только за счет добычи сырья или репатриации цепочек поставок.

Любые попытки отключить США от поставок литиевых батарей, например, из-за геополитических проблем, скорее всего, приведут к обратным результатам. Многие из стран, которые в настоящее время спешат увеличить мощность литиевых батарей и сырье, с радостью вмешаются, чтобы заполнить образовавшуюся пустоту, если Китай сократит поставки в США. Там, где есть спрос, обычно следует предложение. А США — огромный рынок.

В этой статье, в дополнение к запланированным действиям правительства, перечисленным выше, мы излагаем ряд способов обеспечить U.С. конкурентоспособность в будущем:

  • Стать центром спроса на аккумуляторы, чтобы изменить баланс мирового рынка, стимулируя внедрение электромобилей; построить зарядную инфраструктуру; электрифицировать промышленное оборудование; предоставлять скидки конечным пользователям и субсидии производителям аккумуляторов.
  • Оптимизация и упрощение правил, стимулирование местных сообществ к преодолению синдрома «не на моем заднем дворе», чтобы увеличить внутреннее производство лития и другого сырья для аккумуляторов и развивать внутренние мощности по переработке.
  • Построить больше гигафабрик на территории США.
  • Развитие отечественной отрасли по переработке литиевых аккумуляторов.
  • Продолжать доминировать в США в исследованиях и разработках аккумуляторов, обучении STEM и развитии рабочей силы, чтобы обеспечить местное развитие новой технологии
  • Предоставление субсидий на запуск аккумуляторов для поддержки наращивания производства.
  • Провести национальную образовательную кампанию, подчеркивающую важность производства аккумуляторов отдельно от повествования об изменении климата.

Этот список не является исчерпывающим. Частные предприятия также проделывают большую работу, чтобы захватить часть сегодняшней золотой лихорадки. Однако в данном случае новое золото не черное, а белое. Самая большая проблема, стоящая перед США, — это время. Чтобы догнать Китай, потребуются годы, но это выполнимо, если США разумно потратят свои налоговые доллары.

Этот документ был написан Алленом Бернардом, , журналистом, специализирующимся на технологиях, который занимается вопросами пересечения технологий и бизнеса.

Почему Китай лидирует в производстве литий-ионных аккумуляторов

НОВОСТИ БЛУМБЕРГ

Мир становится все более наэлектризованным.Развивающиеся страны не только увеличивают доступность электроэнергии для своего населения, но и быстрыми темпами идет электрификация существующей транспортной инфраструктуры. По прогнозам, к 2040 году более половины автомобилей на дорогах будут работать на электричестве.

Аккумуляторы играют решающую роль в этом переходе, но относительно новый тип аккумуляторов, по-видимому, наверняка будет доминировать как в персональной электронике, так и в транспорте и тяжелой промышленности.

На самом деле, это господство идет полным ходом.

Краткая история батарей

Аккумуляторы уже давно стали частью нашей повседневной жизни. Первая в мире настоящая батарея была изобретена в 1800 году итальянским физиком Алессандро Вольта. Изобретение представляло собой выдающийся прорыв, но с тех пор было сделано лишь несколько значительных инноваций.

Первым был свинцово-кислотный аккумулятор, изобретенный в 1859 году.Это была первая перезаряжаемая батарея, и сегодня она до сих пор является наиболее распространенной батареей, используемой для запуска двигателей внутреннего сгорания.

За последние два столетия появилось несколько новаторских конструкций аккумуляторов, но только в 1980 году был изобретен настоящий прорыв. Именно тогда прорывы в Оксфордском и Стэнфордском университетах привели к разработке литий-ионной батареи. Sony выпустила на рынок первую литий-ионную батарею в 1991 году.

Что особенного в литии?

В литий-ионном аккумуляторе металлический литий мигрирует через аккумулятор от одного электрода к другому в виде иона лития.Литий является одним из самых легких элементов и обладает самым сильным электрохимическим потенциалом среди всех элементов. Это позволяет батарее на основе лития упаковывать большое количество энергии в маленькую и легкую батарею. В результате литий-ионные аккумуляторы стали предпочтительным аккумулятором во многих устройствах бытовой электроники, таких как ноутбуки и сотовые телефоны.

Литий-ионные аккумуляторы набирают обороты

Из-за присущих литий-ионным батареям преимуществ продажи выросли в геометрической прогрессии с начала века.Это помогло последовательно снизить затраты. Снижение затрат также помогло литий-ионным батареям прочно закрепиться в новых приложениях.

По данным исследовательской организации BloombergNEF, средневзвешенная цена на литий-ионный аккумулятор (включая элемент и блок) упала на 85% в период с 2010 по 2018 год, достигнув в среднем 176 долларов за кВтч. BloombergNEF также прогнозирует, что к 2024 году цены упадут до 94 долларов за кВтч, а к 2030 году — до 62 долларов за кВтч.

Эта кривая снижения затрат имеет важные последствия для любой компании, которая использует батареи в своих целях, или для тех, у кого есть потребность в хранении энергии (например,г., производители электроэнергии). На сегодняшний день большая часть продаж литий-ионных аккумуляторов приходится на сектор бытовой электроники, но будущие продажи будут все больше зависеть от электромобилей.

В большинстве современных автомобилей по-прежнему используется свинцово-кислотный аккумулятор и двигатель внутреннего сгорания. Но продажи электромобилей с литий-ионными батареями выросли более чем в десять раз за последние пять лет. Кроме того, все больше и больше стран устанавливают будущие запреты на автомобили с двигателем внутреннего сгорания, ожидая, что электромобили в конечном итоге будут доминировать в личном транспорте.

Это, конечно, означает гораздо больший спрос на аккумуляторы в будущем. Настолько, что производитель электромобилей Tesla в партнерстве с Panasonic инвестирует миллиарды долларов в строительство новых заводов по производству литий-ионных аккумуляторов. Тем не менее, американские производители литий-ионных аккумуляторов отстают по доле рынка.

Связанный с этим растущий рынок литий-ионных аккумуляторов связан с тяжелыми промышленными приложениями, такими как автопогрузчики, подметально-уборочные машины, наземная поддержка аэропортов и транспортные средства с автоматическим управлением (AGV).Эти нишевые приложения исторически обслуживались свинцово-кислотными батареями и двигателями внутреннего сгорания, но экономика быстро сместилась в пользу литий-ионных батарей.

Тем не менее, одна страна воспользовалась моментом и установила лидерство на рынке по сравнению со своими конкурентами в этой области. Но это не США, где проводились многие важные исследования и разработки, которые привели к созданию литий-ионной батареи.

Китай за рулем

Согласно анализу BloombergNEF, в начале 2019 года мировые производственные мощности по производству литиевых элементов составляли 316 гигаватт-часов (ГВтч).В Китае находится 73% этой мощности, за ним следуют США, которые занимают второе место с 12% мировой мощности.

По прогнозам, к 2025 г. глобальные мощности будут стремительно расти, когда BloombergNEF прогнозирует 1 211 ГВтч глобальной мощности. По прогнозам, мощности в США будут расти, но медленнее, чем глобальные мощности. Таким образом, ожидается, что доля США в мировом производстве литиевых элементов сократится.

Tesla пытается решить эту проблему, строя собственные заводы по производству аккумуляторов, но для компаний, которые поставляют широкий спектр этих типов аккумуляторов, таких как калифорнийская компания OneCharge, поиск местных поставщиков оказался сложной задачей.Недавно я разговаривал с генеральным директором OneCharge Алексом Писаревым, который рассказал о проблемах, с которыми столкнулась его компания:

«Американские производители были бы рады использовать литий-ионные аккумуляторы американского производства, — сказал мне Писарев, — но сегодня это нереально. Поэтому мы должны продолжать импортировать их из Китая».

Китай идет по тому же пути, что и раньше с солнечными панелями. Хотя солнечные элементы были изобретены американским инженером Расселом Олом, сегодня Китай доминирует на мировом рынке солнечных панелей.Сейчас Китай сосредоточен на контроле над мировым производством литий-ионных аккумуляторов.

Предпочтительно ли иметь максимально дешевые зеленые технологии, даже если это означает передачу производства в другие страны? Низкие цены на солнечные панели помогли спровоцировать взрывной рост новых солнечных фотоэлектрических систем, что, в свою очередь, поддержало многие рабочие места в США. Но большая часть этих панелей производится в Китае. Администрация Трампа попыталась решить эту проблему, установив тарифы на импортные солнечные панели, но против этих тарифов решительно выступила большая часть США.С. Солнечная промышленность.

Китай имеет большое преимущество дешевой рабочей силы, что позволило ему доминировать во многих отраслях обрабатывающей промышленности. Но у Китая также больше запасов лития и гораздо больше производства лития, чем в США. В 2018 году производство лития в Китае составило 8000 метрических тонн, что является третьим среди всех стран и почти в десять раз превышает производство лития в США. Запасы лития в Китае в 2018 году составляли один миллион метрических тонн, что почти в 30 раз превышает уровень США.

Путь вперед

Тенденции показывают, что литий-ионные батареи будут все больше вытеснять свинцово-кислотные батареи в секторах транспорта и тяжелого оборудования.Это критическое событие в мире, борющемся с рекордными выбросами углекислого газа.

Но с таким преимуществом как в производственных затратах, так и в доступности сырья, могут ли США конкурировать с Китаем на мировом рынке? Если нет, поскольку растущее число литий-ионных аккумуляторов подходит к концу своего срока службы, могут ли США создать конкурентный рынок переработанного лития?

Это важные вопросы, которые необходимо решить.

Переход на литиевые батареи открывает множество новых задач и возможностей.Но США нужна эффективная стратегия, чтобы не уступить еще одну возможность производства экологически чистой энергии Китаю.

Ведущие рынки электромобилей доминируют в росте емкости литий-ионных аккумуляторов

Продажи электромобилей с подзарядкой от сети, или PEV, резко выросли, поскольку правительства обезуглероживают свои транспортные отрасли и улучшают качество воздуха. В свою очередь, растут инвестиции в литий-ионные батареи или LIB, чтобы удовлетворить растущий спрос со стороны производства PEV. По мере роста потребления PEV в Азии, Европе и Северной Америке мы наблюдаем большую географическую диверсификацию производственных мощностей LIB, приближая их к точкам производства и продажи автомобилей.

Мы ожидаем, что глобальные производственные мощности LIB увеличатся с 455 ГВтч в 2020 году до 1447 ГВтч в 2025 году при среднегодовом темпе роста 26%. Китай и Европа будут вносить наибольший вклад в увеличение мощностей LIB, так же как эти два региона также станут крупнейшими драйверами мировых продаж пассажирских PEV.

Продажа подключаемых к сети электромобилей

Продвижение

PEV подпадает под более широкую региональную программу декарбонизации и энергоэффективности. Электромобили с чистым аккумулятором или BEV, в частности, не производят выбросов выхлопных газов и преобразовывают энергию для обеспечения движения автомобиля более эффективно, чем обычные бензиновые автомобили, согласно U.С. Министерство энергетики.

Политические стимулы сыграли решающую роль в стимулировании роста продаж PEV. Обычно они включают потребительские субсидии для поощрения покупок PEV в сочетании со штрафами производителей за выбросы углерода или производство двигателей внутреннего сгорания в автомобилях.

Наша компания Lithium and Cobalt CBS, январь 2021 г., прогнозирует, что глобальные продажи PEV для пассажиров увеличатся с 2,9 млн единиц в 2020 году до 9,5 млн единиц в 2025 году. ЕС27, Норвегия и США.К. — стать крупнейшим рынком пассажирских PEV с 2021 года.

Мы прогнозируем, что продажи PEV в США увеличатся с 0,28 млн единиц до 1,05 млн единиц в период с 2020 по 2025 год, в первую очередь за счет 12 штатов, принявших программу создания электромобилей с нулевым уровнем выбросов, а также за счет потенциала роста, связанного с выполнением президентом Джо Байденом предвыборных обещаний достичь углеродной нейтральности к 2035 году, заменить государственный парк электромобилями и инвестировать в 500 000 зарядных станций для электромобилей, что может увеличить производство и потребление PEV.

Китай лидирует по емкости литий-ионных аккумуляторов

Китай в настоящее время доминирует в мире по мощности LIB, на долю которого в 2020 году придется 77%. Тем не менее, мы ожидаем большей географической диверсификации, поскольку все больше стран становятся производителями LIB, особенно в Европе. Мы прогнозируем, что доля Европы в мощностях LIB увеличится с 6% в 2020 г. до 25% в 2025 г., в результате чего прогнозируемая доля Китая снизится до 65%.

В период с 2015 по 2018 год рост инвестиций увеличил мощность китайских LIB более чем в пять раз, чтобы удовлетворить спрос, обусловленный ростом продаж PEV за счет субсидий.Однако качество продукции у разных производителей LIB существенно различалось из-за ограниченности поставок высококачественной продукции, поскольку ведущие производители не могли достаточно быстро наращивать мощности и производство; и наоборот, на стороне низкого качества наблюдался значительный избыток мощностей LIB.

До 2019 года субсидии распространялись только на PEV, оснащенные LIB производства китайских производителей аккумуляторов, что исключало участие иностранных производителей, таких как LG Chem Ltd., Panasonic Corp. и Samsung SDI Co. Ltd. С 2019 года китайская индустрия LIB в фазе консолидации, когда неконкурентоспособные фирмы уходят с рынка, в то время как корейские производители, в частности, укрепили инвестиции в Китае на более равных условиях.

Consolidation увеличила долю шести ведущих производителей в мощностях LIB в Китае с 38% в 2017 г. до 49% в 2020 г., и мы ожидаем дальнейшего увеличения доли до 58% в 2025 г. с 2021 года производители со штаб-квартирой будут включать LG Chem.

Европейские мощности LIB увеличатся в 13 раз к 2025 году

Прогнозируется, что производственные мощности LIB в Европе увеличатся с 28 ГВтч в 2020 году до 368 ГВтч в 2025 году в рамках поддерживающей политики, поскольку регион обгоняет Китай и становится крупнейшим в мире рынком PEV.

По данным Европейского Союза, на легковые автомобили приходится 12% выбросов углекислого газа в регионе. В 2020 году ЕС ужесточил целевой показатель выбросов для новых автомобилей на 27% до 95 граммов углекислого газа на километр и намерен дополнительно снизить выбросы по сравнению с уровнем 2021 года на 15% в 2025 году и на 37,5% в 2030 году. Эти целевые дорожные карты привело к тому, что автопроизводители увеличили свои региональные предложения и продажи моделей PEV, чтобы избежать штрафа в размере 95 евро за грамм избыточного CO2. За пределами ЕС У.K. и Норвегия продвигают продажи PEV с помощью субсидий на покупку, льготных ставок дорожного налога и запрета на продажу новых автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к 2025 и 2030 годам соответственно.

Европа имеет традиции производства автомобилей с ключевыми производственными центрами в Германии, Франции, Великобритании и Италии. Следовательно, в Европе также наблюдался приток инвестиций в аккумуляторные батареи для удовлетворения регионального спроса на производство и продажу PEV. К 2025 году к числу производителей LIB могут присоединиться пять европейских стран — Чехия, Франция, Германия, Словакия и Швеция.

Наибольшее увеличение мощности до 2025 года включает 100 ГВтч в рамках первого этапа Tesla Inc. в Германии, LG Chem в Польше, достигшей общей мощности 70 ГВтч, и Northvolt AB в Швеции и Германии, общей мощностью 48 ГВтч.

Рост мощностей LIB в США будет отставать, но все же более чем удвоится к 2025 году

Мы ожидаем, что мощность LIB в США увеличится более чем вдвое с 42 ГВтч в 2020 году до 91 ГВтч в 2025 году. Инвестиции возглавляют LG Chem и SK Innovation Co. Ltd.Tesla еще не объявила о мощности проекта Texas Gigafactory, который остается «темной лошадкой» и может значительно увеличить мощность. Тем не менее, импульс инвестиций в LIB в США слабее, чем в Европе или Китае, в результате сравнительно более слабой политики поддержки PEV на сегодняшний день. Мы ожидаем, что доля США в мировых мощностях снизится с 9% в 2020 г. до 6% в 2025 г., поскольку темпы роста мощностей LIB отстают от других регионов.

Локализация производства аккумуляторов

Аккумуляторные блоки

LIB составляют 30-40% от цены электромобиля, что делает их самым дорогим компонентом.Автопроизводители все чаще оставляют производство аккумуляторных батарей собственными силами, поскольку аккумуляторные блоки изготавливаются индивидуально для каждой модели автомобиля, а их доставка обходится дорого из-за веса. Гигафабрики Tesla в Шанхае и Неваде используют элементы сторонних производителей для сборки аккумуляторных модулей и блоков.

Производство элементов

LIB рядом с производством автомобилей и упаковки помогает минимизировать риски цепочки поставок и обеспечивает более эффективное сотрудничество между производителями аккумуляторов и автомобилей, сокращая затраты на логистику и повышая безопасность. Кроме того, LIB классифицируются как опасные грузы из-за пожароопасности и требуют дополнительных испытаний и подготовки в соответствии с международными правилами перевозки перед отправкой.

Аккумуляторы и производители автомобилей стремятся снизить стоимость аккумуляторов за счет целостного подхода к их конструкции, от элементов до модулей и блоков. Например, технология Cell-to-Pack компании Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. и технология лезвийных аккумуляторов BYD Co. Ltd. пытаются устранить лишнее пространство в аккумуляторных блоках, в то время как Tesla внедряет инновационную технологию без выступов в конструкции элементов, чтобы снизить затраты и повысить эффективность производства и производительность батареи.

Отношения между производителями аккумуляторов и автопроизводителями также отличаются значительной жесткостью, что дает действующим поставщикам преимущество первопроходцев.Наличие одного поставщика элементов для одного и того же аккумуляторного блока обеспечивает большую однородность элементов, что имеет решающее значение для определения безопасности, емкости и долговечности батарей. Для нового поставщика аккумуляторов также требуется длительный квалификационный период, что приводит к установлению долгосрочных отношений между производителями аккумуляторов и автопроизводителями. Наконец, поскольку производство аккумуляторных элементов обеспечивает экономию за счет масштаба, более крупные производители получают выгоду от более низких затрат.

Преимущества непосредственного или интегрированного производства «ячейка-упаковка» в сочетании с надежностью поставок и эффектом масштаба объясняют тип инвестиций в мощности, которые имеют место в Европе и США.S. Как правило, это крупномасштабные проекты, возглавляемые крупными мировыми производителями аккумуляторов, включая CATL и SK Innovation. Многие из них сотрудничают с партнерами-автопроизводителями, такими как LG Chem и General Motors Co. в США, Saft AB и PSA Peugeot Citroën SA во Франции и Германии, а также Northvolt с Volkswagen AG и Bayerische Motoren Werke AG в Европе.

В то время как инвестиции в производственные мощности аккумуляторов были обусловлены сильными региональными продажами PEV, в странах-производителях литиевого сырья, которые еще не имеют значительного рынка PEV для интеграции в производство аккумуляторов, прогресс был гораздо медленнее.

Правительства ведущих стран-производителей лития, включая Чили и Австралию, поощряют увеличение добавленной стоимости за счет развития локализованной цепочки поставок аккумуляторов. Чили добилась определенного прогресса, пока член победившего консорциума аккумуляторов не отказался от участия из-за того, что страна не могла поставлять достаточное количество гидроксида лития, необходимого для аккумуляторов с более высоким содержанием никеля. Австралия добилась лишь частичного прогресса: проект Energy Renaissance Pty.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.