Tout d'abord, alors que le développement technologique a entraîné d'énormes changements, revenons sur l'histoire passée et présente des agents conducteurs. Pour commencer, les matériaux auxiliaires clés pour les batteries au lithium bénéficient largement du développement des véhicules à énergies nouvelles. Un agent conducteur est un matériau auxiliaire clé d'une batterie au lithium, qui est enduit sur un matériau d'électrode positive et matériau d'électrode négative. Une certaine quantité d'agent conducteur sera ajoutée lors de la fabrication de la pièce polaire pour augmenter la conductivité des électrons et des ions lithium. En formant un réseau conducteur sur la surface du matériau actif pour accélérer le taux de transfert d'électrons, il peut absorber et maintenir l'électrolyte en même temps pour fournir plus d'ions lithium. L'interface multi-électrolyte améliore ainsi l'efficacité de charge de la batterie et prolonge la durée de vie de la batterie. Il existe trois types d'agents conducteurs courants actuels, notamment le noir de carbone conducteur, les nanotubes de carbone et le graphène. La zone de contact du noir de carbone conducteur sphérique est petite et la conductivité électrique est plus faible que les deux autres; les nanotubes de carbone tubulaires ont une excellente conductivité électrique mais un prix élevé ; le graphène en feuille présente certains obstacles à la circulation directe du courant en raison de sa forme.
Facteurs de choix d'un agent conducteur : conductivité, quantité d'ajout et coût. Comparé au noir de carbone traditionnel, le nouvel agent conducteur présente les caractéristiques suivantes :
(1) Avantages de performance : plus l'impédance est faible, meilleure est la conductivité. Selon le prospectus de Tiannai Technology, l'impédance des nanotubes de carbone n'est que d'environ 1/2 du noir de carbone, et la faible impédance peut améliorer la polarisation en même temps. Les performances du cycle sont meilleures.
(2) Le montant supplémentaire est faible. Selon le calcul de Gaogong Lithium, l'agent conducteur de noir de carbone traditionnel est ajouté en une quantité d'environ 3 % en poids du matériau d'électrode positive, tandis que la quantité d'ajout de nouveaux agents conducteurs tels que les nanotubes de carbone et le graphène est réduite à 0.8 % -1.5 %, ce qui est faible. La quantité supplémentaire peut économiser de l'espace pour le matériau actif positif, augmentant ainsi la densité d'énergie.
(3) Le prix unitaire est relativement élevé. Selon le prix de transaction du marché de Baichuan Yingfu le 18 février, le prix de l'ajout de nanotubes de carbone par unité de batterie au lithium est de 4.4 à 8.2 fois le prix du noir de carbone conducteur SP. Compte tenu des performances et des coûts, la chaîne industrielle est désormais de nouvelles pâtes conductrices composites traditionnelles sont principalement utilisées, telles que SP + nanotubes de carbone, nanotubes de carbone + graphène, SP + nanotubes de carbone + graphène, etc.
Deuxièmement, après de dures souffrances, les substituts en Chine ont fait des progrès relativement énormes. Avant 2014, le noir de carbone était l'agent conducteur principal et la Chine devait presque toutes compter sur les importations. Entre 2014 et 2021, le nouvel agent conducteur domestique brise le monopole étranger et Tiannai Technology a pris la tête de la montée. En 2022, le coût et la technologie du tube de carbone présentent des avantages si brillants que la production nationale de noir de carbone cherche une percée.
Voici plus de détails sur le noir de carbone. Les catégories courantes de noir de carbone conducteur comprennent le Super P, le noir d'acétylène et le noir Ketjen. Le noir d'acétylène a une surface spécifique plus grande que le SP et est difficile à disperser. Ketjen noir a de meilleures performances mais un prix plus élevé. Par conséquent, le SP est maintenant principalement sélectionné comme noir de carbone conducteur sur le marché. La valeur d'absorption d'huile et la teneur en impuretés métalliques sont les principaux indicateurs de contrôle de la qualité du noir de carbone pour batterie au lithium. La conductivité du noir de carbone est généralement mesurée par la valeur d'absorption d'huile DBP, plus la valeur est élevée, meilleure est la conductivité. À l'heure actuelle, le DBP du noir de carbone conducteur domestique dans le domaine des batteries non au lithium n'est que de 180 ml/g au maximum, et le noir de carbone conducteur utilisé pour les batteries doit atteindre au moins 250 ml/g. De plus, pour les batteries au lithium, il faut également tenir compte de la teneur en métal ajoutée aux matériaux d'électrode positive et négative. Des impuretés métalliques trop élevées provoqueront l'autodécharge de la batterie et formeront un court-circuit. Le noir de carbone conducteur pour les batteries au lithium a des indicateurs de conductivité plus stricts et des exigences de pureté plus élevées.
Les barrières techniques sont élevées et ne coïncident pas avec la chaîne de production ordinaire de noir de carbone. Le noir de carbone de four est le processus de production le plus courant. Le diamètre des réacteurs de noir de carbone conventionnels est trop grand, en particulier la section de réacteur près de la section de col. Le craquage insuffisant de l'huile brute par le flux de gaz rend le noir de carbone incapable de respecter la valeur élevée d'absorption d'huile et le faible indice de teneur en impuretés métalliques. Par conséquent, il est nécessaire de reconcevoir le réacteur et de concevoir un ensemble de solutions d'élimination des ions métalliques. La plupart des fours de réaction des usines nationales de noir de carbone sont importés de l'étranger, et peu d'entreprises développent indépendamment des fours de réaction à l'échelle de 10,000 XNUMX tonnes, et la voie de réalisation de la purification nécessite une accumulation de recherche et développement à long terme. Par conséquent, le noir de carbone conducteur présente un seuil de haute technologie, et mon pays a longtemps compté sur les importations d'outre-mer.
À l'heure actuelle, les principaux fournisseurs nationaux de noir de carbone conducteur pour le lithium sont l'entreprise à capitaux étrangers Irystone, qui est produite à l'étranger et importée en Chine, et l'entreprise à capitaux étrangers Cabot, qui est produite et exploitée en Chine. L'iridite, qui occupe une part importante du marché intérieur, n'a pas d'usines en Chine et ne peut être produite que par des usines à l'étranger et importée par voie maritime. À court terme, les prix des importations outre-mer ont une tendance à la hausse, principalement en raison de : (1) Le fret maritime a grimpé en flèche sous l'épidémie, et il a fluctué à un niveau élevé à court terme. Touchés par l'épidémie, la fermeture de nombreuses routes maritimes a entraîné une augmentation continue des coûts de transport au cours des deux dernières années. Selon la base de données WIND, l'indice BDI, qui permet de mesurer les prix des transports maritimes, est passé de 616 début avril 2020 à 2357 à la même période en 2022, soit une hausse de +256.6%.
Dans le cadre de l'évolution continue, les taux de fret maritime resteront élevés et fluctueront à court terme. (2) La hausse des prix du pétrole brut dans le cadre du conflit russo-ukrainien a exercé une pression sur les coûts à court terme. Le noir de carbone d'outre-mer utilise principalement du pétrole brut comme matière première pour produire du noir de carbone. Au 8 mars, le prix de règlement des contrats à terme sur le pétrole brut avait augmenté de 56.94 % cette année. L'augmentation des prix du pétrole brut dans le cadre du conflit entre la Russie et l'Ukraine se répercutera sur le prix du noir de carbone conducteur importé.
En ce qui concerne notre marché intérieur, nous avons une disposition de processus mature, un four à réserve d'huile et une méthode de post-traitement. Plus de mérites des situations domestiques sont comme suit.
(1) Réserves techniques consolidées : le leader du noir de carbone a des investissements élevés en R&D, prenant la tête de la découpe en noir de carbone de haute pureté.
(2) Disposition du processus mature : maîtrisez la méthode du four à mazout et la méthode de post-traitement et produisez du noir de carbone conducteur en parallèle avec deux lignes.
(3) Avantage de coût complet : l'énergie occidentale est dominante, l'électricité est autosuffisante et le traitement de l'eau est autosuffisant.
(4) Analyse concurrentielle : avantage de coût externe, dividende technologique interne.
(5) Opportunités et défis après la localisation du noir de carbone conducteur.
L'intégration des nanotubes de carbone augmente la possibilité de réduction des coûts et crée des avantages durables. Plus de détails sont ci-dessous.
(1) Poudre + purification + dispersion : trois liens de contrôle de la qualité de base.
(2) NMP + poudre + boue : la disposition intégrée réduit les coûts et augmente l'efficacité.
(3) Analyse concurrentielle : avantage de coût établit une position de leader.
Certaines grandes marques telles que 1. Tiannai Technology : elle est profondément cultivée depuis de nombreuses années et sa force globale occupe la position de leader. 2. Dow Technology : associez-vous à BYD pour créer une plate-forme commerciale de matériaux en carbone. 3. CATL : S'associer à Chendao Investment pour investir dans le secteur des tubes en carbone et accélérer l'expansion de la capacité de production. 4. OCSiAL: La licorne mondiale du tube de carbone à paroi unique, l'entrée du marché intérieur intensifie la concurrence mondiale. 5. Entreprises extérieures à l'industrie : barrières techniques élevées dans l'industrie, forte fidélisation de la clientèle et difficulté à entrer sur le marché.
Après avoir lu les détails ci-dessus, vous constaterez peut-être que le coût et les performances peuvent à nouveau conserver un bon équilibre. Tout d'abord, l'agent conducteur noir de carbone, il devrait prendre la tête dans l'application du fer et du lithium, et les avantages marketing de ceux qui mettent l'accent sur les problèmes de coût restent toujours les mêmes.
Batteries au lithium fer phosphate ont des exigences de densité d'énergie inférieures à celles des batteries ternaires et peuvent accepter une grande quantité de noir de carbone conducteur. Plus l'agent conducteur est ajouté, plus la teneur en ions lithium à l'intérieur de la batterie sera évincée, affectant ainsi la densité d'énergie de la batterie. Selon Gaogong Lithium Battery et Battery China.com, la densité énergétique moyenne des batteries ternaires dans les batteries de voitures particulières des sociétés mondiales existantes de batteries électriques dépasse 250 Wh/kg, tandis que celle des batteries au lithium fer phosphate ne dépasse pas 190 Wh/kg. La quantité de noir de carbone conducteur ajoutée est de 3 % du matériau d'électrode positive, et la quantité de nanotubes de carbone ajoutée ne dépasse pas 1 % du matériau d'électrode positive. Nous pensons que les batteries au lithium fer phosphate avec des exigences de faible densité d'énergie acceptent mieux le noir de carbone conducteur que les batteries ternaires.
Le noir de carbone conducteur répond aux caractéristiques de faible coût des batteries au lithium fer phosphate. La conductivité de la batterie au lithium fer phosphate elle-même est pire que celle de la batterie ternaire, il faut donc ajouter plus d'agent conducteur. Selon GGII, la quantité d'ajout de nanotubes de carbone dans les batteries ternaires est de 0.8 à 1 %, et la quantité d'ajout dans les batteries au lithium fer phosphate est de 1 à 1.5 %. En supposant qu'une seule batterie GWh utilise 2500 tonnes de matériau d'électrode positive, des nanotubes de carbone dans une seule batterie lithium fer phosphate KWh La valeur du tube est de 33 à 49 yuans, la valeur du tube de carbone pour une seule batterie ternaire KWh est de 26- 33 yuans, et la valeur du noir de carbone conducteur fabriqué en Chine pour une seule batterie lithium fer phosphate de KWh est de 3.375 yuans. Par conséquent, du côté des coûts, nous pensons que le noir de carbone conducteur correspond davantage aux caractéristiques de faible coût des batteries au lithium fer phosphate et présente un plus grand avantage sur le marché des batteries au lithium fer phosphate.
La localisation de noir de carbone conducteur réduit le coût plus rapidement que l'intégration de tubes de carbone. Sur la base des données de transaction moyennes sur le marché de Baichuan Yingfu en mars 2022, le prix de transaction actuel du noir de carbone conducteur importé est de 90,000 45,000 yuans/tonne. En supposant que le noir de carbone conducteur domestique se vende 50 100 yuans / tonne, le coût du noir de carbone conducteur peut être réduit. jusqu'à 9,700%. En revanche, en supposant que l'usine de nanotubes de carbone est située dans la zone d'énergie à faible coût à l'ouest, et que l'activité d'acidification est en auto-traitement et que la NMP s'auto-approvisionne à 52,800 %, nous estimons que le coût total d'une seule tonne de lisier dans les trois liens peut être réduit jusqu'à 18 XNUMX yuans, avec XNUMX XNUMX yuans. Selon le calcul du coût par tonne de boue de tube de carbone, le coût peut être réduit jusqu'à XNUMX %. À court terme, la vitesse de réduction des coûts du tube de carbone n'est pas aussi rapide que celle du noir de carbone, et il est difficile de remplacer complètement le noir de carbone sur le marché à coût élevé.
Le taux de pénétration du noir de carbone conducteur sur le marché numérique bas de gamme reste élevé. Pour les produits sensibles au prix, l'avantage de coût du noir de carbone par rapport aux tubes de carbone maintiendra la demande du marché à un niveau élevé. Dans les produits qui ne nécessitent pas une densité énergétique élevée et qui doivent réduire les coûts, le noir de carbone sera davantage utilisé sur les marchés numériques bas de gamme tels que les banques d'alimentation. Selon le calcul de Gaogong Lithium Battery, d'ici 2023, le taux de pénétration du noir de carbone dans les batteries numériques en Chine se maintiendra toujours à 60.8 %.
Par ailleurs, pour les nanotubes de carbone, il est suggéré d'accélérer la cadence pour s'emparer du marché du fer-lithium alors que le marché des hautes performances est difficile à remplacer. BYD déploie des tubes de carbone pour aider à pénétrer le marché du lithium fer phosphate. BYD est le deuxième plus grand fabricant de batteries lithium fer phosphate dans mon pays. La batterie à lame au lithium fer phosphate auto-développée sera produite en série en mars 2020 et sera équipée de nombreux modèles populaires, notamment BYD Han EV, Tang EV et Song Plus EV. En avril 2022, Dow Technology a annoncé que BYD avait investi 100 millions de yuans dans sa filiale de matériaux en carbone Griffin, et les deux parties sont devenues des partenaires stratégiques. La disposition des investissements du leader des batteries au lithium fer phosphate BYD a superposé l'amélioration continue de l'intégration des nanotubes de carbone pour améliorer l'efficacité et réduire les coûts injectera un booster pour que les nanotubes de carbone concurrencent le noir de carbone conducteur sur le marché du lithium fer phosphate.
Les nouveaux nanomatériaux de haute qualité sont difficiles à remplacer sur le marché des batteries de puissance à haute performance. L'excellente performance des tubes en carbone est plus adaptée aux batteries ternaires à haute teneur en nickel. La conductivité des batteries ternaires à haute teneur en nickel est pire que celle des batteries ternaires à faible et moyenne teneur en nickel, mais les batteries ternaires à haute teneur en nickel ont des exigences plus élevées en matière de densité d'énergie, de sorte que seule l'augmentation de la quantité d'ajout ne peut pas prendre en compte à la fois la conductivité et la densité d'énergie. . Par conséquent, la chaîne industrielle itère généralement la suspension de tube de carbone avec des performances plus élevées pour s'adapter à la batterie ternaire à haute teneur en nickel. En prenant Tiannai Technology comme exemple, elle a lancé un produit de troisième génération avec un rapport diamètre/longueur plus petit et une résistivité volumique plus faible pour la batterie ternaire au nickel d'élévation. Par conséquent, sur le marché des batteries ternaires à haute teneur en nickel, il est difficile pour le noir de carbone de remplacer les tubes de carbone.
Les nanotubes de carbone à simple paroi ont de meilleures performances. Selon le site Web officiel d'OCSiAL, par rapport aux nanotubes de carbone à parois multiples, les nanotubes de carbone à paroi unique sont flexibles, ont un rapport d'aspect plus grand et la quantité d'ajout efficace n'est que de 0.1 %. Il peut produire des matériaux conducteurs et des matériaux conducteurs transparents de n'importe quelle couleur, qui peuvent maintenir ou améliorer les propriétés mécaniques du matériau. En prenant les produits OCSiAL comme exemple, le rapport d'aspect des nanotubes de carbone à paroi unique dépasse 3000 et la quantité d'ajout n'est que de 0.1 %. Plus de murs peuvent améliorer la densité d'énergie de la batterie de 10 à 60 fois, et le taux de charge et de décharge est plus rapide que 50 %. L'ajout de 0.04 % de nanotubes de carbone à paroi simple à la formule de la batterie à anode en silicium peut multiplier par 4 la durée de vie de la batterie.
Les nanotubes de carbone monoparoi sont aujourd'hui la seule solution pour la conductivité des anodes à base de silicium. La batterie 4680 de dernière génération de Tesla utilise une électrode négative à base de silicium pour améliorer la densité d'énergie. Étant donné que le silicium lui-même n'a pas de conductivité électrique, l'électrode négative à base de silicium a une faible conductivité et le volume de silicium augmentera considérablement pendant le processus de charge et de décharge et des fissures apparaîtront, entraînant l'électrode négative en silicium. Les batteries s'épuisent rapidement, ce qui affecte la durée de vie. Les nanotubes de carbone à simple paroi sont actuellement la seule solution au problème de la conductivité électrique au-dessus des anodes à base de silicium en raison de leur conductivité électrique élevée, de leur grande flexibilité et de leur rapport d'aspect.
Le coût et la performance retrouvent l'équilibre. A court terme, après la localisation du noir de carbone conducteur, elle s'emparera de la part de marché des batteries lithium fer phosphate avec les mêmes caractéristiques de faible coût grâce à son avantage de coût, et en même temps, elle continuera à maintenir un taux de pénétration élevé sur les marchés à faible densité énergétique et à coût élevé tels que les marchés numériques. Sur le marché des électrodes négatives à base de silicium ternaire à haute teneur en nickel et des batteries au lithium de puissance à charge rapide, les nanotubes de carbone deviendront le courant dominant du marché avec leurs avantages de performance irremplaçables. BYD, le leader des batteries fer-lithium, a stratégiquement investi dans une filiale de Dow Technologies, et sélectionné des tubes de carbone pour déployer des agents conducteurs tout au long de la chaîne industrielle, ce qui accompagnera l'augmentation progressive du taux de pénétration des nanotubes de carbone.
