Le batterie ad alto contenuto di nichel diventano una nuova tendenza e il settore delle batterie di potenza è ancora pieno di variabili

Grazie ai dividendi politici e ai vantaggi dei sussidi, l'industria cinese delle batterie elettriche ha raggiunto determinati risultati. Tra queste, la più importante è CATL, che nel 2017 è diventata il campione mondiale di vendite di batterie elettriche.

Ma questo non significa che la Cina abbia superato Giappone e Corea del Sud nel campo delle batterie elettriche. Il settore delle batterie è ancora nelle sue prime fasi di sviluppo, la tecnologia è ancora in continuo aggiornamento e evoluzione e il settore è ben lungi dal raggiungere una fase matura e stabile.

Nel settore delle batterie elettriche, la Cina ha ottenuto solo una vittoria temporanea. La competizione è ancora in corso ed è difficile dire chi avrà l'ultima risata.

Il Giappone non resterà indietro nel settore delle batterie elettriche.

A giugno di quest'anno, la New Energy and Industrial Technology Development Organization del Giappone svilupperà congiuntamente batterie allo stato solido con 23 aziende automobilistiche, di batterie e materiali, tra cui Toyota, Honda, Nissan e Panasonic, e prevede di padroneggiare appieno le tecnologie rilevanti delle batterie allo stato solido entro il 2022.

Il 7 agosto è stato reso noto che i ricercatori del Tokyo Institute of Technology e di altre istituzioni in Giappone hanno sviluppato una batteria completamente allo stato solido che può essere caricata e scaricata a velocità elevatissime, compiendo notevoli progressi nell'applicazione pratica delle batterie allo stato solido.

Le batterie al litio allo stato solido presentano vantaggi rispetto alle batterie liquide in termini di elevata densità, elevata sicurezza ed elevata potenza di uscita e si prevede che diventeranno la prossima generazione di batterie in sostituzione delle attuali batterie agli ioni di litio. Tuttavia, la tecnologia delle batterie allo stato solido è ancora molto imperfetta e lontana dall'applicazione pratica.

La batteria ad alto contenuto di nichel diventa una nuova pista

Le batterie allo stato solido non sono ancora mature, ma la Cina è già indietro per quanto riguarda le batterie ad alto contenuto di nichel.

Attualmente, la grafite è utilizzata principalmente come materiale per l'elettrodo negativo delle batterie, mentre esistono numerose opzioni per i materiali per l'elettrodo positivo. Tuttavia, tra i materiali degli elettrodi positivi, la densità energetica del litio ferro fosfato è bassa e ha raggiunto il suo limite massimo, rendendolo più adatto all'uso nei veicoli commerciali che non richiedono un'elevata densità energetica della batteria.

Le batterie ternarie presentano vantaggi in termini di limite superiore della densità energetica, ma si affidano comunque al progresso tecnologico per migliorarne la sicurezza.

I materiali ternari sono materiali compositi stratificati di ossido di nichel-cobalto-manganese. In base al rapporto tra nichel, cobalto e manganese, le leghe ternarie possono essere suddivise in 111, 523, 622, 811, ecc. Poiché la funzione principale del nichel è quella di migliorare la densità energetica, l'attuale attenzione alla ricerca e allo sviluppo è rivolta ai materiali ternari ad alto contenuto di nichel (622 o 811).

Quando il sistema ternario 622 venne ampiamente introdotto a livello internazionale, molte aziende produttrici di batterie elettriche nazionali erano ancora alla fase 523.

Attualmente, Panasonic è pressoché l'unica azienda nel settore delle batterie ternarie ad alto contenuto di nichel. Le batterie cilindriche Panasonic utilizzate nella Tesla Model 3 hanno ottenuto un aumento del 20% della densità energetica della batteria migliorando l'uso di materiali per elettrodi positivi ad alto contenuto di nichel e di materiali per elettrodi negativi in ​​silicio-carbonio.

Sebbene le batterie ad alto contenuto di nichel possano aumentare la densità energetica della batteria, ne riducono la sicurezza e la durata.

Dal 2013, la Tesla, che utilizza batterie ad alta densità energetica, ha subito numerosi incidenti di combustione spontanea negli Stati Uniti, in Europa, in Cina e in altri luoghi. Migliorare la sicurezza e la durata delle batterie ad alto contenuto di nichel è una sfida tecnica attuale.

Le batterie ad alto contenuto di nichel richiedono un'atmosfera di ossigeno puro durante l'assemblaggio, ma la maggior parte delle fabbriche di batterie nazionali non prevede questa condizione. Se si intende produrre in serie le batterie ternarie 811, sarà necessario riprogettare gran parte degli edifici e delle attrezzature della fabbrica, il che significa che sarà necessario un nuovo ciclo di investimenti su larga scala.

L'elevato prezzo e la scarsa offerta di cobalto stanno inoltre costringendo le aziende produttrici di batterie ad accelerare la produzione in serie di batterie ad alto contenuto di nichel con un contenuto di cobalto inferiore.

La Corea del Sud segue da vicino il Giappone nel settore delle batterie ad alto contenuto di nichel. Secondo quanto riportato dai media stranieri, quest'anno i produttori di batterie sudcoreani LG Chem e SK Innovation prevedono di lanciare 811 batterie ternarie a basso contenuto di cobalto e ad alta densità energetica per veicoli elettrici. Ma dopo qualche mese, quei piani vennero rimandati.

Cambiamenti nel settore delle batterie domestiche

Il "Piano di sviluppo a medio e lungo termine per l'industria automobilistica" pubblicato dal governo cinese afferma chiaramente che entro il 2020 la densità energetica delle celle delle batterie di potenza raggiungerà più di 300 Wh/kg e si punterà a raggiungere i 350 Wh/kg. Entro il 2025, la densità energetica dei sistemi di batterie elettriche raggiungerà i 350 Wh/kg.

Nelle attuali condizioni tecniche, è difficile che i materiali al litio ferro fosfato e gli elettrodi positivi inferiori a 622 soddisfino i requisiti di cui sopra. Se si desidera raggiungere una densità energetica superiore a 300 Wh/kg, la batteria ternaria 811 è quasi l'unica scelta.

Dalla seconda metà del 2017, le aziende produttrici di batterie elettriche nazionali hanno accelerato in modo significativo il loro layout di 811 ad alto contenuto di nichel. Molti produttori di batterie elettriche, tra cui BYD Power, Lishen Battery, Penghui Energy, EVE Energy e Far East Foster, hanno dichiarato di aver sostanzialmente completato il processo dalle innovazioni tecnologiche del prodotto alla produzione in piccoli lotti e quindi ai test di certificazione dei campioni dei clienti.

BYD Battery ha addirittura dichiarato che le batterie 811 ad alto contenuto di nichel dell'azienda sono state utilizzate con successo in modelli di marchi come JAC, SAIC Maxus, BAIC New Energy, Xiaopeng e Yundu, e che tutti i loro modelli sono stati selezionati nel catalogo delle nuove energie consigliate.

Sia BYD che CATL prevedono di lanciare sul mercato 811 batterie ad alto contenuto di nichel il prossimo anno. I due giganti delle batterie sembrano essere un po' lenti in questo processo di innovazione tecnologica.

Rispetto alle batterie soft-pack e quadrate, è più facile realizzare innovazioni nelle batterie ternarie ad alto contenuto di nichel con le batterie cilindriche. Le principali aziende produttrici di batterie cilindriche, tra cui BYD, Lishen, Penghui e Far East Foster, hanno già sviluppato o prodotto in serie prodotti 811 ad alto contenuto di nichel.

Le aziende produttrici di batterie sudcoreane LG Chem, SK Innovation e Samsung SDI hanno tutte applicato batterie ad alto contenuto di nichel su piccola scala e utilizzano anche batterie cilindriche. Tuttavia, nel campo delle batterie soft-pack e delle batterie quadrate, le tre aziende non hanno ancora prodotto prodotti per applicazioni su larga scala.

Dal punto di vista dell'intera filiera dei veicoli a nuova energia, le aziende produttrici di batterie sono sottoposte a forti pressioni. Nel 2016, il costo delle batterie era di circa 2,2~2,3 yuan/Wh, mentre nel 2017 è sceso a 1,6~1,7 yuan/Wh, con una diminuzione di quasi il 30%.

Nel 2018, dopo che la riduzione dei sussidi era diventata una conclusione scontata, gli OEM hanno avanzato richieste maggiori di riduzione dei prezzi alle aziende produttrici di batterie, richiedendo in genere un costo di circa 1,2 yuan/Wh, con una riduzione di circa il 25%.

Di recente, molte aziende nazionali produttrici di batterie hanno attraversato momenti difficili. Alcune aziende che si sono espanse alla cieca e hanno scelto la strada tecnologica sbagliata sono già uscite dal mercato e molte altre sono ancora in difficoltà.

Man mano che le batterie ad alto contenuto di nichel diventeranno il settore principale, le aziende produttrici di batterie con investimenti insufficienti in ricerca e sviluppo e lenti aggiornamenti tecnologici saranno gradualmente eliminate dal mercato. Tuttavia, anche la crisi può offrire delle opportunità. Le aziende che hanno stipulato per prime accordi per le batterie ad alto contenuto di nichel daranno il via a una nuova tornata di opportunità di sviluppo.

Considerati gli enormi vantaggi delle batterie ternarie ad alto contenuto di nichel in termini di densità energetica, chiunque sarà il primo ad applicare le batterie ternarie 811 su larga scala guadagnerà una quota di mercato maggiore nei prossimi anni. Di conseguenza, è probabile che anche la struttura del mercato dell'industria nazionale delle batterie subisca enormi cambiamenti.

Vincitore del Qingyun Plan di Toutiao e del Bai+ Plan di Baijiahao, del Baidu Digital Author of the Year 2019, del Baijiahao's Most Popular Author in the Technology Field, del Sogou Technology and Culture Author 2019 e del Baijiahao Quarterly Influential Creator 2021, ha vinto numerosi premi, tra cui il Sohu Best Industry Media Person 2013, il China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, il Guangmang Experience Award 2015, il China New Media Entrepreneurship Competition Finals 2015 e il Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.