Технико-экономический анализ области литий-ионных батарей

[05 июля 2012]

Накопители энергии являются одним из ключевых направлений применения нанотехнологий в обширной области энергетики, энергоэффективности и энергосбережения. При этом наиболее перспективными и близкими к коммерциализации в среднесрочной перспективе признаются применения нанотехнологий и наноматериалов в компонентах литий-ионных аккумуляторов и батарей (катод, анод, электролит, сепаратор), которые должны вывести характеристики данных накопителей на новый уровень.

Первый литий-ионный аккумулятор разработала корпорация Sony еще в 1991 году. С тех пор их производство было значительно расширено в связи с возросшими рыночными потребностями (прогноз на 2011 год – более 10 млрд. долл.), а количество крупных производителей таких аккумуляторов перевалило за десяток за счет новых игроков.<br />В настоящее время литий-ионный аккумулятор – это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, электромобили, цифровые фотоаппараты и видеокамеры, что обусловлено рядом их преимуществ: высокая энергетическая плотность, низкий саморазряд, отсутствие эффекта памяти и др. В то же время такие накопители могут быть опасны при разрушении корпуса и могут иметь более короткий жизненный цикл в сравнении с другими типами аккумуляторов. Часть из этих проблем было решено в более совершенной технологии литиево-полимерного аккумулятора, где в качестве электролита используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя. Кроме этого, произошел переход от цилиндрической к призматической (плоской) конструкции литиевых аккумуляторов, что также улучшило их надежность и удельные характеристики. Сейчас же активно ведется работа по разработке и внедрению в производство новых наноструктурированных материалов для катодов и анодов.

Сначала в качестве отрицательных пластин (анодов) в литий-ионных аккумуляторах применялся кокс, а в дальнейшем – графит. В качестве положительных пластин (катодов) до сих пор применяются оксиды лития с кобальтом (LiCoO2 – LCO: 80-90% рынка). Однако, в среднесрочной перспективе ожидается обновление материалов, используемых в изготовлении данных компонент, под влиянием двух тенденций: удешевление литий-ионных батарей, улучшение удельных характеристик.

Среди перспективных наноразмерных анодных материалов выделяют:

1) Усовершенствованные углеродные материалы

2) Анодный материал на базе нанотитаната лития (LTS или LTO)

3) Кремний и кремниевые композиты

4) Оксидные материалы

Среди перспективных наноразмерных катодных материалов выделяют:

1) Катодный материал на базе литированного фосфата железа LiFePO4 (LFP: наибольшая доля рынка к 2015 г.)

2) Катодный материал на базе литий-марганцевой шпинели (LiMn2O4 – LMO или LMS)

3) Катодный материал на базе смешанных оксидов со слоистой структурой (NCA, NCM)

4) Классические катодные материалы (LCO, LMO с покрытиями и добавками).

Наибольшее влияние на цену и характеристики аккумулятора оказывает использование определенного катодного материала и новых технологий изготовления катода, поэтому применение нанотехнологий в этом компоненте принесет максимальный эффект в будущем. Понимая это, сейчас во всем мире реализуется множество проектов в области производства новых катодных материалов (в основном LFP), катодов на их основе и литий-ионных аккумуляторов нового поколения.

Реализация проектов в области литий-ионных аккумуляторов крайне перспективна с учетом появления новых рыночных и технологических драйверов на мировом рынке литий-ионных батарей, следующих из ожидаемого изменения его структуры за счет интенсивного роста абсолютном выражении двух сегментов: автомобильного и промышленного (энергетика, автономные источники питания и др.). Рынок электромобилей будет одним из наиболее динамично развивающихся в следующие 20 лет по прогнозам аналитиков Credit Sussie. Ожидается, что к 2030 году продажи электромобилей достигнут 400 млрд. долл., а прибыль от продажи аккумуляторов превысит 100 млрд. долл.

Прогнозируется, что 1.1% продаж на авторынке к 2015 году будут составлять электромобили, что отчасти будет вызвано субсидиями. К 2030 году этот процент составит порядка 7,9% от всего рынка. Доля гибридных электромобилей может достигнуть отметки в 5,9% к 2030 году, вместо 0,6% сегодняшнего рынка. Почти каждый автопроизводитель планирует разработку электромобилей, многие из которых будут выпущены в ближайшие годы.

Учитывая огромные возможности роста и высокую стоимость литий-ионных аккумуляторов, ожидается, что доля рынка крупногабаритных литий-ионных аккумуляторов значительно возрастет. Потенциально объем продаж может достигнуть 100 млрд. долл. всего за 20 лет. Натуральный объем рынка будет возрастать быстрее, чем его денежный объем по мере того, как цена будет уменьшаться из-за сокращения издержек. При этом аналитики Credit Sussie ожидают, что объемы рынка лития вырастут на 10,8% в период 2009-2020, что во многом будет вызвано электромобилями. Этот рост будет обусловлен средним уровнем спроса со стороны традиционных конечных рынков, и возрастающим в последние несколько лет спросом на аккумуляторы в гибридных электромобилях и электромобилях. Несмотря на сильный спрос, они считают, что цена останется неизменной или даже будет уменьшаться.

Существует и иная точка зрения, состоящая в том, что литий будет дорожать, в то время как другие материалы, используемые в изготовлении катодов, могут дешеветь. Такой прогноз дается исходя из того, что литий, используемый в форме литиевого карбоната Li2CO3 (порядка 1.375кг на 1кВтч), является ключевым элементом, определяющим производство литиевых аккумуляторов. При этом основные мировые запасы лития сосредоточены в так называемом «литиевом треугольнике» (Чили, Боливия, Аргентина), где он в основном и производится (70%). Значительные запасы и производство лития (12%) есть в США. Однако, в других странах его производство не столь масштабно и не может быть значительно увеличено. Поэтому возможен дефицит лития в средне и долгосрочной перспективе.

При этом в сегменте крупных производители литий-ионных аккумуляторов для электромобилей прогнозирует как высокий рост продаж, так и все более жесткая конкуренция, наряду с установлением партнерских отношений производителей аккумуляторов с автопроизводителями (вплоть до создания СП):

1) BYD: в компании есть отдел разработки и исследований аккумуляторов и запатентованная интеллектуальная собственность. Совсем недавно она была аутсайдером на авторынке, теперь же занимает 4% рынка. Недавно компания выпустила полностью электрический автомобиль, который продается на китайском рынке.

2) Jonson Controls: компания занимает большую долю рынка свинцово-кислотных аккумуляторов, но также разрабатывает литий-ионные аккумуляторы в партнерстве с Saft.

3) Panasonic: компания представлена на рынке автомобильных аккумуляторов (как NiMH, так и Li-ion) в виде совместного предприятия (60-40) Toyota и Panasonic – Panasonic EV Energy (PEVE). Ожидается, что в области автомобильных Li-ion аккумуляторов PEVE будет почти полностью обеспечивать головную компанию Toyota Motor.

4) Sanyo Electric: компания является мировым лидером в сегменте малых литий-ионных аккумуляторов, которые используются в компьютерах, мобильных телефонах и т.д. Ожидается, что компания увеличит инвестиции в аккумуляторы для HEV (Hybrid Electric Vehicle) в ответ на рост спроса.

На сегодняшний момент стоимость автомобильного литий-ионного аккумулятора составляет от 1000 до 1200 долл. за кВт. Стоимость аккумуляторов потребительского применения составляет от 250 до 400 долл. за кВт. Согласно прогнозам, к 2020 году цена на автомобильные аккумуляторы сократится на 60-65% и составит от 360 до 440 долл. за кВт. А цена для конечного потребителя составит не 1400-1800 долл., а 570-700долл. за кВт. При такой тенденции на рынке важно иметь технологическое лидерство и диверсифицировать риски за счет использования различных технологий.

комментарии (0)

Вход в систему Регистрация →
Забыли пароль?