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.

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

Производители аккумуляторов готовятся к бурному росту

Самый яркий и известный пример взрывного роста в секторе литийионных аккумуляторов – «гигафабрика» Tesla в Неваде стоимостью $5 млрд. По оценкам инвестбанка Berenberg, сектору потребуется на порядок увеличить выпуск аккумуляторов, чтобы их мощности выросли с 68 ГВт ч в 2016 г. до 1165 ГВт ч 10 лет спустя.

Восполнить недостающее предложение стремятся прежде всего азиатские компании. Несмотря на всю шумиху вокруг завода Tesla, американская компания аккумуляторы не производит – за это отвечает ее партнер Panasonic (у японской компании есть и самостоятельные проекты в этой области). Другие лидеры отрасли – LG Chem и Samsung SDI, публичные подразделения южнокорейских конгломератов. Они поставляют аккумуляторы Nissan, GM, BMW и другим производителям электромобилей. Наступают на пятки корейцам две китайские компании, намеренные осуществлять поставки на быстрорастущем рынке электромобилей Китая. Это BYD, которая сама выпускает электромобили (8,25% акций компании принадлежат Berkshire Hathaway Уоррена Баффетта), а также Contemporary Amperex Technology, планирующая привлечь $2 млрд во время IPO в Шэньчжэне в ближайшие месяцы. По оценке Bloomberg New Energy Finance (BNEF), получив деньги на расширение производства, Contemporary Amperex станет крупнейшим производителем литийионных аккумуляторов в мире.

Эти пять азиатских компаний и еще ряд производителей намерены к 2021 г. построить 24 завода общей мощностью выпускаемых аккумуляторов 332 ГВт ч (см. график), указывает Саймон Мурз, управляющий директор Benchmark Mineral Intelligence.

Инвесторы, которые хотят заработать на новой золотой лихорадке, должны ориентироваться на долгосрочную перспективу, пишет The Wall Street Journal (WSJ). Капитальные затраты в секторе велики, тогда как заключаемые контракты предполагают очень маленькую маржу.

Томас Эдисон об аккумуляторах

«Аккумулятор, по моему мнению, – это дешевая сенсация, рассчитанная на привлечение  покупателей, механизм обмана публики акционерными компаниями».

Вести переговоры с автопроизводителями тоже будет трудно. За пределами Китая автомобильная отрасль очень консолидирована, и регуляторы оказывают сильное давление на автокомпании, стимулируя продажи электромобилей, даже если пока это невыгодно.

Франция и Великобритания запретили продажи машин с двигателем внутреннего сгорания с 2040 г. Поэтому выход для автопроизводителей – добиться снижения цен на аккумуляторы.

Помочь производителям батарей должны новые крупные заводы. «Экономия на масштабах здесь имеет решающее значение», – цитирует Bloomberg аналитика BNEF Колина Маккеррачера. Аккумуляторы уже подешевели втрое с $1000 за 1 кВт ч в 2010 г. По оценке BNEF, электромобили смогут составить конкуренцию машинам с двигателем внутреннего сгорания, когда стоимость аккумулятора снизится до $100 за 1 кВт ч. Это может произойти к 2026 г., считают эксперты, выступавшие на этой неделе на конференции BNEF.

Инвесторам стоит обратить внимание и на другой участок цепочки поставок, отмечает WSJ. Самый ценный компонент аккумулятора – катод, поэтому его производители должны быть в определенной степени защищены от сокращения расходов. Японская Sumitomo Metal Mining поставляет Panasonic катоды для аккумуляторов Tesla, остальную часть рынка занимают бельгийская Umicore и еще несколько компаний. Акции Sumitomo и Umicore с начала года выросли на 38,8 и 42,3%.

Растут и акции компаний, поставляющих другие компоненты для аккумуляторов, в частности японского производителя литиевой соли Stella Chemifa и чилийской Sociedad Quimica y Minera de Chile, которая добывает химикаты и металлы, включая литий. Акции японской Tanaka Chemical, которая выпускает и продает компоненты для аккумуляторов, с мая выросли втрое.

Риск для компаний, работающих с литийионными аккумуляторами, заключается в том, что их может вытеснить принципиально новая технология. В этом году 95-летний профессор Техасского университета Джон Гуденаф, считающийся создателем литийионных батарей, провозгласил прорыв в области твердотельных аккумуляторов. Toyota Motor рассчитывает начать коммерческие продажи машин с твердотельными аккумуляторами в начале 2020-х гг., а британская Dyson намерена через три года выпустить электромобиль с таким аккумулятором. Она объявила об инвестиции 1 млрд фунтов ($1,3 млрд) в разработку машины и аналогичной суммы – аккумулятора.

Рынок литий-ионных батарей в России — РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА

Разработка, а также внедрение в практику литий-ионных батарей, требует специальных государственных программ поддержки, которые существуют во многих странах. Литий-ионные аккумуляторы дороже аккумуляторов других типов, но они служат в несколько раз дольше, могут запасать больше энергии на единицу массы и объема, удобны в эксплуатации. Во многих странах существует система поддержки таких технологий: гранты ученым-разработчикам, субсидии и льготы производителям электротранспорта и систем накопления энергии на литий-ионных аккумуляторах, льготы при покупке электромобилей и стимулирование использования возобновляемых источников энергии. Еще в 2008 году в Правительство США выделило 2,4 миллиарда долларов на гранты для исследований в области литий-ионных батарей  и продолжает ежегодно выделять субсидии на развитие отрасли. Правительство Германии инвестирует более 1,5 млрд евро в исследования и производство аккумуляторных батарей — ключевой элемент в планируемом переходе страны к чистой энергетике и мобильности. В результате отсутствия государственной поддержки в этом вопросе, число производителей литий-ионных аккумуляторов в России сейчас ограничено. Завод «Лиотех» — это практически единственное предприятие, которое массово производит литий-ионные аккумуляторы для гражданских рынков.

Артем Абакумов, директор центра энергетических технологий «Сколтех», профессор, рассказал о рынке литий-ионных батарей в России, а также о барьерах, мешающих ему развиваться: «В России целый ряд научно-технических инициатив, Аэронет, Автонет, Маринет, Энерджинет, разработали дорожные карты, в которых  прописаны технологические барьеры для накопителей. Самый большой интерес представляет карта НТИ «Автонет», в которой технологический барьер задан в качестве стандарта батарей для электротранспорта. По дорожной карте «Автонет», литий-ионная батарея предполагает преодоление расстояний  электромобилем более 600 км без подзаряда, время подзаряда до 80% не более трех минут, количество циклов заряда не менее 20 000 и температурный режим -50 — +65. Если применить данный стандарт для батареи легкового электромобиля, например, Nissan Leaf, увидим несостыковки. Длина пробега должна вырасти с 160км до 600 км, то есть энергоемкость батареи увеличится с 20 кВтч до 112 кВтч. Такая батарея в домашней электросети должна будет заряжаться 17 часов, а значит потребитель даже за ночь не успеет подзарядить аккумуляторную батарею. На зарядной станции, если мы применим условие зарядки до 80% в течение 3-ех минут, при напряжении 480В, батарея должна заряжаться током 3,7 кА. Ресурс батареи по техническому барьеру должен быть 20 000 зарядно-разрядных циклов, соответственно, срок жизни батареи вырастает до более чем 110 лет. Я плохо себе представляю, как это все возможно. Вышесказанное доказывает, что не существуют одной единственной батареи для  электротранспорта: батарей должно быть очень много, разных характеристик, на разные режимы эксплуатации и условий заряда. Если говорить о производстве батарей для электротранспорта — одним производством тут не обойтись.  В России ситуация в этом плане удручающая, даже если учитывать производство литий-ионных батарей для электробусов. Производится совершенно ничтожное количество литий-ионных батарей для рынка. Технологии производства, конкурентоспособность литий-ионных батарей зависят в первую очередь от того, в каком объеме они будут производиться и в каком объеме подготовлен рынок. Причиной отсутствия производства литий-ионных аккумуляторов в России можно назвать малое количество научных групп организаций, работающих в этой области. Также, отсутствие интегрирующих проектов и реальной кооперации между научными группами, обладающими различными компетенциями и отсутствие государственной поддержки создания производства материалов в России для отечественных производителей. Необходимо существенно увеличить результативность научных исследований в данной области, организовывать конкурсы комплексных проектов,
результатом которых будет демонстрация прототипов, созданных исключительно на отечественных разработках и материалах. С помощью государственной поддержки можно организовать консорциум, объединяющий научные организации, производственные объединения и компании-потребители конечной продукции. Для создания конкурентных зарубежным отечественных серийных производств литий-ионных аккумуляторов необходима разработка отечественных технологий производства материалов, конкурентных зарубежным по цене и качеству. Толчком для разработки отечественных технологий материалов может быть государственная программа малотоннажной химии по производству материалов литий-ионных аккумуляторов для спецтехники. Необходимо повысить заинтересованность компаний, потенциальных крупных потребителей литий-ионных батарей в энергетике и на транспорте, в инвестициях в производство литий-ионных аккумуляторов и батарей». 

К сожалению, быстро развивающийся в мире рынок литий-ионных батарей оставляет Россию на обочине. Россия не является существенным игроком этого рынка ни в мире, ни в своей стране, в основном обеспечивая потребности за счёт импорта. Россия является одним из мировых лидеров по добыче сырья, используемого в производстве материалов для ЛИА — никель, алюминий, медь, углеводороды, графит и литий.

Развитие сырьевой базы для создания литий-ионных аккумуляторов / КонсультантПлюс

Развитая сырьевая база Российской Федерации при условии поддержки развития собственных платформ, энергетических систем (аккумуляторных батарей и в дальнейшем топливных элементов) позволит построить современное конкурентоспособное производство электромобилей.

Рост рынка электромобилей будет способствовать увеличению спроса на сырье для их основного компонента — аккумуляторов. В основном в электромобилях используются литий-ионные аккумуляторы, которые производятся из соединений таких металлов, как литий, никель, марганец, кобальт, медь, алюминий и другие. В настоящее время две трети литий-ионных батарей в мире поставляются из Китайской Народной Республики.

Российская Федерация обладает большими сырьевыми запасами компонентов литий-ионных батарей для электромобилей и других накопителей энергии. Примерно 10 процентов глобальных объемов никеля, большая часть из которого 1-го «катодного» класса, и 3 процента кобальта производятся публичным акционерным обществом «Горно-металлургическая компания «Норильский никель».

Российская сырьевая база редкоземельных металлов составляет до 25 процентов мировых запасов. Заложенный потенциал может обеспечить почти любой уровень их товарной добычи, однако в силу неразвитости собственного российского производства конечной высокотехнологичной продукции (в том числе электромобилей) спрос на эти металлы удовлетворяется в основном за счет импорта.

В настоящее время в мировой цепочке производства литий-ионных аккумуляторов Российской Федерации отводится роль поставщика сырья (никель, кобальт, медь, алюминий) с низкой добавленной стоимостью, в пределах 5 процентов цены готовой батареи.

В то же время экспертами отмечается, что российская база ресурсов лития является одной из крупнейших в мире, металл обнаруживается в 16 месторождениях. Ресурсы лития в Российской Федерации оцениваются в 1000 — 1500 тыс. тонн, страна находится на 10-м месте в мире по уровню запасов. При этом не производится добыча лития для внутреннего рынка России. Вместо этого импортируется менее 1500 тонн металла.

Важно отметить, что выявленные мировые запасы лития благодаря продолжающейся разведке значительно возросли во всем мире и составляют около 80 млн. тонн. Запасы лития в Соединенных Штатах Америки из континентальных рассолов, геотермальных рассолов, гекторита, нефтепромысловых рассолов и пегматитов составляют 6,8 млн. тонн. Запасы лития в других странах были пересмотрены и составляют до 73 млн. тонн. Ресурсы лития в Боливии составляют 21 млн. тонн, в Аргентине — 17 млн. тонн, в Чили — 9 млн. тонн, в Австралии — 6,3 млн. тонн, в Китае — 4,5 млн. тонн, в Конго (Киншаса) — 3 млн. тонн, в Германии — 2,5 млн. тонн, в Канаде и Мексике — по 1,7 млн. тонн, в Чехии — 1,3 млн. тонн, в Мали, Российской Федерации и Сербии — по 1 млн. тонн, в Зимбабве — 540000 тонн, в Бразилии — 400000 тонн, в Испании — 300000 тонн, в Португалии — 250000 тонн, в Перу — 130000 тонн, в Австрии, Финляндии и Казахстане — по 50000 тонн, Намибии — 9000 тонн.

Помимо добычи в Российской Федерации существуют перспективы по производству лития в качестве попутного продукта на месторождениях нефти и газа. Публичное акционерное общество «Газпром» совместно с обществом с ограниченной ответственностью «ИСТ Эксплорейшен» готовят проект добычи лития на Ковыктинском месторождении газа.

При этом необходимо иметь в виду, что ускоряется разработка и использование батарей «постлитиевого» поколения на основе натрия, поскольку запасы натрия в мире практически неисчерпаемы. В 2020 году осуществлены первые поставки промышленных образцов разработки американской компании «Натрон» энергетической компании Шеврон.

Таким образом, обеспеченность российской промышленности «батарейными» металлами, за исключением лития, позволяет решать любые амбициозные проекты по техническому перевооружению российской экономики за счет собственных ресурсов.

Следует отметить, что все указанные инвестиционные проекты в части освоения новых месторождений лития и кобальта как в Российской Федерации, так и за рубежом были разработаны в 2017 — 2018 годах, однако в условиях пандемии, падения спроса на металлы в 2019 — 2021 годах и ограниченности собственных финансовых ресурсов у инвесторов реализация многих проектов замедлится и сроки ввода сдвинутся на более поздние периоды.

Открыть полный текст документа

сможет ли Украина выпускать аккумуляторы и электрокары — Статьи — GMK Center

Украина хочет льготами и сырьем привлечь инвесторов для выпуска электромобилей и батарей к ним

Переход к зеленой экономике и климатической нейтральности потребует огромных инвестиций, приведет к росту и перераспределению спроса на металлы. В числе фаворитов спроса будут никель, кобальт, литий, медь и редкоземельные металлы. Первые три используются для производства аккумуляторов и накопителей энергии. Потребность в них в ближайшие годы вырастет в десятки раз. Сейчас в мире обостряется конкуренция за ресурсы. В них заинтересованы все: Европа, США и Азия.

Евроальянс

Если говорить о Европе, то здесь в октябре 2017 года специально был создан Европейский аккумуляторный альянс (European Battery Alliance – ЕВА). Цель проекта – создание замкнутой экосистемы в сфере аккумуляторов – от добычи сырья, проектирования и производства до их переработки. Таким образом Европа хочет исключить зависимость от других стран, в частности Китая.

«Евросоюз увидел, что они отстают от США и азиатских стран по ряду направлений инновационных технологий. И одна из них – это технология производства аккумуляторов. Европейцы понимают, что находятся в критической зависимости от внешних поставок ряда металлов, которые используются при производстве батарей и накопителей энергии. Поэтому они хотят это производить у себя и создавать для этого цепочки добавленной стоимости», – рассказывает Алексей Рябчин, советник вице-премьера по вопросам европейской и евроатлантической интеграции, советник министра защиты окружающей среды и природных ресурсов.

Успехи у ЕВА, безусловно, уже есть. Самый громкий из них – строительство первого европейского завода компании Tesla неподалеку от Берлина. Впрочем, новые производства строятся уже по всей Европе: к 2025 году должны появиться мощности по производству не менее 6 млн электромобилей в год. К этому проекту уже привлечены крупнейшие автогиганты и промышленные компании. В рамках ЕВА в ближайшие годы госфинансирование составит €2,9 млрд. Ожидается, что это позволит привлечь также и €9 млрд частных инвестиций.

Сборочный завод Tesla Motors в Тилбурге, Нидерланды (с) shutterstock.com

При помощи евроинтеграции в этот альянс хочет вписаться и наша страна. Со стороны Украины к нему присоединилась Госслужба геологии и недр Украины (Госгеонедра). Наша страна и Евросоюз уже изучают возможности сотрудничества по производству аккумуляторов. Также ЕС дополнительно выделил на эту сферу техническую помощь на €800 тыс.

Украина имеет определенные возможности внедриться в производственные цепочки. Это позволит создать новые технологические производства и рабочие места.

«В этой цепи Украина может, учитывая имеющиеся и прогнозные запасы так называемых металлов будущего, занять несколько важных мест: от добычи сырья до производства концентратов и элементов аккумуляторных батарей. Это, в свою очередь, позволило бы привлечь инвестиции, технологии и европейских партнеров, создать новые точки роста национальной экономики, способствовало бы интеграции последней в европейские технологические и производственные системы», – рассказал в комментарии GMK Cеnter Роман Опимах, глава Госгеонедр.

При этом, как отмечает Алексей Рябчин, европейцы сами заинтересованы в участии Украины в этом проекте и уже обращались к нам, чтобы понять, какие украинские предприятия могут принять активное участие в European Battery Alliance.

«Пока мы видим, что Евросоюз рассматривает возможность использования украинского потенциала в добывающей отрасли, чтобы помочь ЕС построить свои конкурентоспособные производственные цепочки добавленной стоимости. Но наш интерес – чтобы такие цепочки добавленной стоимости были в Украине. Поэтому здесь есть большой вызов для власти: сможет ли она в таком партнерстве отстоять наш интерес? Мы заинтересованы в построении заводов с полным циклом производства на нашей территории. Ведь это не просто дает нам возможность быть поставщиком сырья в Европу, мы можем получить больше – рабочие места, высокие поступления и в конце положительные стимулы для экономики», – отмечает Георгий Попов, аналитик Национальной ассоциации добывающей промышленности Украины (НАДПУ).

Также Украина может участвовать в ЕВА в части зарядной инфраструктуры для электромобилей, где у нас есть неплохие исходные позиции. Благодаря льготным условиям ввоза рынок электромобилей в Украине с 2016 года развивался достаточно бодро. По данным ассоциации «Укравтопром», в 2019 году количество регистраций электромобилей составило 7,5 тыс.: в сегменте «легковушек» (7 тыс. ед.) оно выросло почти на треть, а коммерческих (530 ед.) – в полтора раза. Однако в прошлом году рынок немного снизился – на 1%, до 7,45 тыс. ед.

Из минусов: электромобилей еще крайне мало на фоне общего объема новых регистраций (в 2019-2020 гг. – 88,5 и 85,5 тыс. соответственно) и всего автопарка (всего немногим больше 25 тыс. электрокаров на фоне 10,2 млн единиц всех транспортных средств), примерно 90-95% ввозимых электромобилей – подержанные.

(с) shutterstock.com

По оценкам агентства Bloomberg, уже к 2040 году доля электромобилей составит 57% от общего числа мировых продаж легковых авто. При этом, по оценкам банка UBS, стоимость производства электрокаров и автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) к 2024 году сравняется.

В дальнейшем в рамках Национальной транспортной стратегии до 2030 года запланировано полностью перевести весь городской общественный транспорт на электротягу и создать соответствующую инфраструктуру. Кроме того, Мининфраструктуры совместно с бизнесом работают над новой концепцией развития электромобильности с целью создания условий для производства отечественных электромобилей.

Кроме того, Украина также может принять участие в работе Европейского сырьевого альянса (ERMA), который работает по принципу ЕВА, но создан с целью обеспечения стратегическими материалами европейской безуглеродной экономики.

Литиевая туманность

Первым шагом Украины стала презентация ряда инвестиционных предложений по добыче «металлов будущего», в том числе и лития. Собственно, основой украинских амбиций является то, что наша страна имеет наибольшие залежи лития на европейском континенте.

Месторождения лития расположены в Кировоградской («Полоховское» и участок «Добрый»), Донецкой («Шевченковское») и Запорожской (участок «Крутая балка») областях. На данный момент ни на одном из них не ведется фактическая добыча. Объем их запасов – гостайна. По некоторым оценкам, на Шевченковском месторождении запасы составляют около 14 млн т.

«У нас есть два месторождения с подтвержденными запасами, и есть несколько потенциальных площадок с хорошей ресурсной базой. Но действующая лицензия на добычу лития выдана всего одна. Насколько я понимаю, уже было проведено бурение и идет оценка по международным классификациям тех ресурсов и запасов, которые нашли. А все остальное – это участки, которые требуют больших инвестиций, свыше $100 млн. Помимо инвестиций, необходимы современные технологии, которых в Украине нет. Запуск подобных проектов требует сотрудничества с иностранными партнерами, которые обладают и технологиями, и опытом добычи таких ресурсов. Я сомневаюсь, что такие проекты могут быть реализованы исключительно внутренними силами», – рассказал ранее Роман Опимах в интервью GMK Center.

В 2017-2018 гг. спецразрешения на добычу лития получили компании «Петро-Консалтинг» («Шевченковское») и «Укрлитийдобыча» («Полоховское»). Собственных средств на разработку у компаний было недостаточно: они планировали привлечь иностранных партнеров. Однако государство захотело отозвать спецразрешение на Шевченковское месторождение, но дело перешло в плоскость взаимоисключающих решений разных судов. Таким образом, Госгеонедр при прочих равных условиях хочет продать спецразрешения на месторождение «Шевченковское» и участки «Добрый» и «Крутая балка».

«У нас может быть конкурентное преимущество по сравнению с африканскими странами, где литий добывается без этических (например, использование детского труда) и экологических стандартов. Да, это будет дороже по себестоимости, но европейский потребитель – заводы Mercedes, BMW, Volkswagen – готовы платить дороже за товары, которые произведены с соблюдением всех стандартов, чтобы избегать репутационных издержек», – отмечает Алексей Рябчин.

Что касается других важных металлов, то у нас в стране также есть запасы никеля, кобальта и марганца, которые используются при производстве аккумуляторов. Месторождения никеля и кобальта расположены в Кировоградской и Днепропетровской областях. Запасы составляют: никеля – 215 тыс. т (12 месторождений), кобальта – 8,8 тыс. т (11 месторождений). Нужно отметить, что в разных источниках цифры объема запасов могут существенно разниться.

Главная проблема состоит в том, что активная разработка указанных запасов не ведется. Эти месторождения были разведаны еще во времена СССР, и их разработка тогда была признана экономически неэффективной из-за низкого содержания металлов в руде. Например, Побужский ферроникелевый комбинат (Кировоградская обл.) импортирует руду из Гватемалы.

Лишь по марганцевым рудам ситуация другая – их добыча реально осуществляется. Украина занимает первое место в мире по подтвержденным запасам марганца и второе место по объему общих запасов.

Примечателен другой факт. Одним из «металлов будущего» является титан. В отличие от лития, ильменитовая руда (сырье для титана) уже добывается в Украине, также есть и производственные мощности. На усилия государства по участию в международных цепочках поставок хорошо ложится идея создания госхолдинга, который мог бы включать имеющиеся в собственности государства активы: Запорожский титаномагниевый комбинат, «Сумыхимпром», а также сырьевую Объединенную горно-химическую компанию (ОГХК). Но власти выставили ОГХК на приватизацию. Без сырья ценность других предприятий резко снижается. Равно как и гибнет идея титанового госхолдинга, над которой думает Минстратегпром.

Завод батареек

На литиевом базисе украинские чиновники уже предложили ЕС построить в Украине завод по производству аккумуляторов для электромобилей и верифицировать украинские данные о месторождениях и запасах критически важных металлов. На вторую цель Украина хочет привлечь у ЕБРР кредит в размере €200 млн.

(с) shutterstock.com

Самой распространенной перезаряжаемой автомобильной батареей является литийионный аккумулятор. По словам Владимира Хмурича, СЕО индустриального парка «Белая Церковь», для создания крупного промышленного производства литийионных аккумуляторов необходимо выполнить четыре условия:

1. Иметь подтвержденные запасы полезных ископаемых.
2. Создать современную материально-техническую базу и построить развитую инфраструктуру.
3. Обладать технологией производства и обучить кадры.
4. Наладить цепочки поставок, которые будут охватывать рынок сбыта.

«На сегодняшний день в Украине выполнено только одно условие. Есть разведанные запасы лития – самые большие в Европе, примерно 500 тыс. т. Также есть подтвержденные запасы других полезных ископаемых, необходимых для производства аккумуляторов – никеля, кобальта, марганца», – добавляет Владимир Хмурич.

В Украине есть заводы по производству автомобильных аккумуляторов. Они расположены в Донецкой, Днепропетровской, Херсонской и Хмельницкой областях. У них есть своя номенклатура торговых марок, востребованных на региональном рынке.

«Но это категория аккумуляторов для двигателей внутреннего сгорания, и объемы выпуска продукции этими заводами несопоставимы с проектной мощностью гигафабрик, которые строятся в Германии, Франции, Польше, Венгрии. Совокупно в странах ЕС в 2021-2022 гг. должны быть реализованы восемь проектов с расчетной годовой производственной мощностью до 117 ГВт·ч. Эти проекты должны обеспечить потребность внутреннего европейского рынка электрокаров и создать площадку для формирования экспортного потенциала. В числе этих восьми инвестиционных проектов Украина не упоминается», – говорит СЕО индустриального парка «Белая Церковь».

Сильной стороной фабрик по производству литийионных аккумуляторов, которые строятся в странах ЕС, является технология производства, техническая оснащенность, близость рынков сбыта и кадровый состав. Фабрики могут нанимать инженеров, которые работали в том же городе на заводах по производству ДВС. Слабой стороной фабрик является их равноудаленность от источников сырья. Объемы производства будут зависеть от поставок лития, никеля, кобальта, марганца.

«Сейчас Украина интересна европейским производителям как источник этого сырья. Обсуждаются проекты по верификации запасов месторождений полезных ископаемых. В эти проекты ЕС готов инвестировать и расширять программу технической поддержки добывающей отрасли. Для Украины это означает, что основная часть добавочной стоимости при производстве автомобильных аккумуляторов будет создаваться за ее пределами, например, на перерабатывающих заводах в Бельгии, Финляндии, Норвегии. При таком сценарии мало шансов извлечь максимальную экономическую выгоду из тех полезных ископаемых, которыми Украина обладает в достатке», – подчеркивает Владимир Хмурич.

Ранее было запланировано, что Всемирный банк проведет исследование инфраструктуры общественного электротранспорта в Украине, одним из вопросов должно было стать изучение потенциальной роли Украины в цепочке создания аккумуляторов в Европе. Отчет ожидался к концу июня 2021 года.

Мечта о Tesla

Также Украина хочет привлечь инвесторов для строительства завода по выпуску электромобилей. Крупные индустриальные инвесторы сейчас приходят только в случае предоставления очень существенных льгот. Производитель электрокаров Tesla, приход которого для любой страны является вожделенной мечтой, по сути, требует налоговые и другие льготы. И она их получает. Компания уже получила несколько налоговых льгот по $1 млрд при строительстве своих объектов в США. Уже в рамках ЕВА Tesla получит €1 млрд субсидий от Германии на строительство завода по производству аккумуляторных батарей под Берлином. Индия также предлагает компании большие стимулы для создания завода по производству электромобилей.

Завод по производству аккумуляторных батарей. © roskill.com

По данным исследования Securing America’s Future Energy (SAFE), в следующие 5-10 лет мировые автопроизводители вложат $300 млрд в разработку и производство электромобилей. Половина этих расходов придется на Китай.

И Украина уже предпринимает реальные шаги по созданию стимулов для развития производства электротранспорта в стране. Речь идет об освобождении от НДС и ввозной пошлины с 2021 до 2028 года оборудования и комплектующих для производства электротранспорта (легковые авто, электробусы, электрогрузовики и спецавто). Также предлагается до конца 2033 года освободить от уплаты налога на прибыль предприятия электротехнической промышленности, реализующие электродвигатели для транспорта (за исключением троллейбусов), литийионные аккумуляторы, зарядные устройства, а также предприятия автопрома, реализующие электрокары собственного производства.

«Украина имеет реальные шансы быть выбранной для строительства следующей гигафабрики по производству электромобилей на Житомирщине или «нанофермы» по производству энергохранилищ под Кривым Рогом», – уверен Роман Опимах.

В сентябре прошлого года Верховная Рада в первом чтении приняла соответствующие законопроекты о внесении изменений в Налоговый (№3476) и Таможенный (№3477) кодексы.

«С учетом преимуществ, полученных в рамках зоны свободной торговли с ЕС, Украина может стать ведущей площадкой для производства электротранспорта, комплектующих к нему для европейского авторынка», – говорится в пояснительной записке к законопроекту №3476.

Оба документа включены в повестку текущей сессии парламента. Вероятность принятия законопроектов в целом крайне высока, так как в первом чтении каждый из документов получил более 300 голосов народных депутатов.

«Украина может стать площадкой для построения таких заводов. Убеждена, что технологический потенциал у нас есть, насколько я понимаю. Коронавирус сейчас дал толчок к de-shoring как противовес off-shoring. То есть идея перемещения производств ближе к «дому». Очевидно, что Украина гораздо ближе и дешевле», – считает Вероника Мовчан, директор по научной работе Института экономических исследований и политических консультаций.

(с) shutterstock.com

Свет аккумулятора

Диалог об участии Украины в аккумуляторном альянсе, по сути, только начинается. На ближайшее время запланирован визит в Украину представителей Еврокомиссии на самом высоком уровне как раз по этому вопросу.

«У нас есть очень много интересных проектов, связанных с аккумуляцией энергии на наших электростанциях, например по накопителям на станциях «Укргидроэнерго». Также готовится к запуску первый накопитель энергии в Запорожье от ДТЭК», – отмечает Алексей Рябчин.

Для реализации участия Украины в ЕВА нужны совместные усилия государственных институтов и бизнеса. И роль бизнеса тут даже важнее, чем государства. В этот альянс уже вступил ряд частных компаний.

«Финансовых возможностей государства недостаточно для соответствующих работ по изучению, верификации, георазведке, добыче и обогащению сырьевых ресурсов. И здесь основная роль должна быть за частным украинским и зарубежным бизнесом с точки зрения инвестиций, технологий и создание цепей поставок. Именно для того, чтобы предоставить бизнесу соответствующий стимул и определенные гарантии, и создается формат стратегического партнерства в сфере стратегических сырьевых ресурсов между Украиной и ЕС в рамках углубления сотрудничества в формате Соглашения об ассоциации», – подчеркивает Роман Опимах.

Официальные лица говорят, что наша страна может рассчитывать на финансовую помощь ЕС для проведения зеленой трансформации.

«Это будет предметом нашего следующего официального диалога с Еврокомиссией, который состоится через месяц. Более того, ЕС уже сейчас формирует так называемый бюджет зеленой трансформации, часть которого будет направлена на зеленую трансформацию стран соседства. Сегодня мы понимаем, что это будет не менее €19 млрд в ближайшие 3-4 года. Объем и возможности доступа к соответствующим финансовым ресурсам, кредитным, международным, будут зависеть от того, как мы внутри страны выстроим этот процесс», – заявила недавно Ольга Стефанишина, вице-премьер по вопросам европейской и евроатлантической интеграции.

Ключевой риск – это инвестиционный климат в стране. Вернее – почти полное его отсутствие.

«Украина очень привлекательна с позиции наличия ресурсов, но мы слабые – в регуляторной среде и стимулах для бизнеса. Пока всё складывается не в нашу пользу, и очевидно, что Украина сейчас привлекательна как поставщик сырья. Однако мы можем работать с инвестором, разговаривать и предлагать ему привлекательные стартовые условия. Мы имеем определенный успех в этом, связанный с принятием закона об «инвестнянях». Дальше – дело за участниками переговоров и тем, готовы ли представители Украины в этих переговорах выступать с позиции отстаивания наших интересов», – подчеркивает Георгий Попов.

По словам Алексея Рябчина, инвесторам нужны гарантии, работающие законы и суды, эффективное государственно-частное партнерство. Например, если инвестор финансирует добычу и переработку лития, то государство обеспечивает инфраструктуру (логистика, энергоподключение и др.). Например, ранее компания «Петро-Консалтинг» оценивала необходимые инвестиции в Шевченковское литиевое месторождение в более чем $120 млн. Они включают инфраструктуру – 40 км энерголинии, 20 км газопровода, 35 км ж/д ветки и др., – строительство шахты глубиной не менее 500 м и обогатительной фабрики.

(с) shutterstock.com

Следует отметить, что в идею реализации подобных проектов хорошо вписывается принятие закона «О господдержке инвестпроектов со значительными инвестициями» и двух сопутствующих законов. Согласно этим документам, проекты с инвестициями не менее €20 млн в сфере добычи и обогащения полезных ископаемых (кроме угля, нефти и газа) получат определенные налоговые льготы.

В данных условиях важно показать ЕС конструктивные предложения и реальные проекты, а не просто страстное желание поучаствовать в «освоении» бюджета и грантов на производство аккумуляторов и зеленую трансформацию. В противном случае Украина окажется «вечно перспективной», но никогда не реализующей свои возможности и потенциал.

В целом для запуска «аккумуляторных» месторождений нужно провести дополнительную георазведку и посчитать экономическую целесообразность их разработки, решить вопросы в судах и с местными общинами (любые виды добычи у них восторга не вызывают) и подождать не менее 5-7 лет, пока привлеченный инвестор сможет начать фактическую работу. Немного быстрее может решиться вопрос со строительством завода электрокаров. Перспективы, мягко говоря, неблизкие и в наших условиях отнюдь не 100-процентные.

Пластики по отношению к сроку службы литий-ионных батарей

Производители электромобилей обычно выбирают литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы, так как они позволяют путешествовать на большие расстояния по сравнению с другими технологиями. Несмотря на то, что в этом случае эффект памяти отсутствует, а срок службы таких автомобильных аккумуляторов большой, их следует эксплуатировать в соответствующих условиях.

Литий-ионные батареи впервые использовались для питания камер в начале 1990-х годов и с тех пор стремительно распространились по миру. Их значительным преимуществом по сравнению с гидридными или никель-кадмиевыми батареями является более высокая плотность энергии. Это означает, что они способны накапливать больше энергии на каждый килограмм элемента. Более того, эта технология все еще имеет значительный потенциал развития – по оценкам, батареи этого типа смогут накапливать в два-три раза больше энергии, до 300-350 Вт/кг в течение десятилетия.

При этом они относительно дешевы в производстве. Литий-ионные батареи очень надежны и долговечны, но неблагоприятные условия эксплуатации или хранения могут сократить срок их службы или даже привести к их выходу из строя. Они особенно чувствительны к экстремальным температурам, от которых их защищают современные системы охлаждения автомобилей и компоненты, изготовленные из инновационных пенополипропиленовых (EPP) теплоизоляционных материалов.

Как работают литий-ионные батареи? Конструкция батарей в электромобиле

EPP компоненты в производстве аккумуляторов для электромобилей.

Литий-ионные элементы, используемые в аккумуляторах электромобилей, имеют два электрода — положительный и отрицательный. Они разделены электролитом в виде жидкости, геля или твердого вещества, функция которого заключается в переносе зарядов между ними. Литий-ионные батареи, доступные на рынке, могут различаться по химическому составу и конструкции, однако носителями заряда всегда являются ионы лития. Их производители все еще работают над увеличением плотности энергии, расширением диапазона рабочих температур, сокращением времени зарядки и, прежде всего, над повышением эксплуатационной безопасности.

Цель состоит в том, чтобы предотвратить чрезмерное повышение температуры электролита, которое предотвращается специальными добавками, активными системами охлаждения в автомобиле или инновационными изоляторами, используемыми в конструкции аккумуляторных батарей. Для предотвращения потенциальной опасности вместо больших аккумуляторов электромобили оборудованы стопками до нескольких тысяч маленьких элементов, которые изолированы от других компонентов. Таким образом, даже в случае неисправности одного из них, между отдельными ячейками больше не происходит выделение тепла или короткое замыкание. Штабеля также устанавливаются в автомобилях таким образом, чтобы свести к минимуму их повреждение.

Подробнее: Технологии в аккумуляторах электромобилей – основные типы аккумуляторов

Как продлить срок службы аккумулятора в электромобиле?

Специальные транспортные контейнеры для автомобильных аккумуляторов и чувствительной электроники также изготавливаются из материала EPP.

Срок службы аккумулятора в электромобилях обычно оценивается в 10 лет, что дает около 2500-3500 циклов зарядки. В зависимости от используемой технологии и способа ее применения срок службы может быть еще дольше. Во-первых, не следует допускать полной разрядки аккумулятора. Автомобиль потребляет энергию не только во время движения, но и в состоянии покоя. Простой в несколько месяцев может привести даже к повреждению аккумулятора, поэтому его также следует время от времени заряжать.

С другой стороны, литий-ионный аккумулятор не следует заряжать до 100%. Рекомендуемый уровень заряда аккумулятора составляет 20-80%. На здоровье аккумулятора в идеале влияет зарядка с низким энергопотреблением. Использование быстродействующей зарядной станции электромобиля большой мощности сокращает срок службы аккумулятора.

Другим важным фактором является температура — как жара, так и холод отрицательно влияют на состояние литий-ионного аккумулятора. Допустимый температурный диапазон их работы составляет от 0 до 45°C, последнее значение не должно превышать 30°C. Поэтому изоляционные материалы, используемые в конструкции батареи, так важны для ее состояния. К очень перспективным относится вспененный полипропилен EPP, который уже сегодня используется для производства защитной упаковки для батарей и изоляционных компонентов в аккумуляторных батареях.

Вспененный полипропилен – инновационная изоляция батареи

Литий-ионные батареи, используемые в автомобилях, чувствительны как к тепловым, так и к механическим факторам, поэтому их необходимо хранить, транспортировать и эксплуатировать в условиях, обеспечивающих их максимально долгий срок службы. Материалом, который доказал свою особую эффективность во всех этих областях применения, является вспененный полипропилен (EPP). Он идеально подходит для производства упаковки для транспортировки батарей, так как обладает отличными теплоизоляционными свойствами и эффективно защищает содержимое от механических повреждений.

Упаковка Komebac®, адаптированная к требованиям автомобильной промышленности, может быть адаптирована к форме и размерам литий-ионных батарей во всех отношениях и иметь специальные защитные вставки. Таким образом, батареи на 100% защищены не только от проникновения экстремальных температур при транспортировке, но и от влаги и ударов. Материал идеально поглощает удары, не крошится и не деформируется. Благодаря всему этому, в настоящее время он используется в производстве аккумуляторов, в качестве сырья для изготовления автомобильных аккумуляторных батарей. В настоящее время он используется для производства сепараторов аккумуляторных элементов, специальной изоляции и крепежных рельсов. EPP также является отличным электрическим изолятором, который эффективно предотвращает неконтролируемый поток тока между элементами и выход аккумулятора из строя.

Хотите получить более специализированные знания?

литий-ионных батарей и проблемы их производства — Клаус Даниэль | Границы инженерии: отчеты о передовых технологиях с симпозиума

2014 г.

Снабжение возобновляемыми источниками энергии. Тем не менее, стоимость продолжает оставаться проблемой, и ее необходимо будет решить путем разработки надежной цепочки поставок, стандартов в производстве, высокой производительности и упрощенных недорогих методов обработки. Помимо снижения затрат, исследования могут расширить знания о молекулярных процессах и проблемах переноса, 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 материалах активных электродов и сокращение непрямых материалов в производстве — это два способа повлиять на стоимость.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Части этого исследования в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL; под управлением UT Battelle, LLC) для Министерства энергетики США (по контракту DE-AC0500OR22725) спонсировались Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (EERE). (VTO) Подпрограмма прикладных исследований батарей (ABR) (руководители программы: Питер Фэги и Дэвид Хауэлл).Автор благодарит Дэвида Вуда, Цзяньлинь Ли и Дебасиша Моханти за плодотворные обсуждения и вклады из отдела исследований и разработок по производству аккумуляторных батарей в ORNL и Бет Армстронг из отдела материаловедения и технологий ORNL.

ССЫЛКИ

Безенхард Дж., Шёлльхорн Р. 1976. Механизм реакции разряда электрода MoO ₃ в органических электролитах. Журнал источников энергии 1 (3): 267–276.

Дэниел С. 2008. Материалы и обработка литий-ионных батарей.Журнал Общества минералов, металлов и материалов 60 (9): 43–48.

Daniel C, Besenhard JO, ред. 2011. Справочник по аккумуляторным материалам. Вайнхайм: Wiley-VCH.

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

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

Ли Дж., Рулисон К., Кигганс Дж., Дэниел С., Вуд DL. 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 литий-ионных элементов с использованием водных катодных дисперсий LiFePO4 и полиэтилениминового диспергатора. Журнал Электрохимического общества 160 (2): A201 – A206.

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

Roth PE. 2000. Тепловые характеристики литий-ионных ячеек с использованием калориметрических методов. Конференция и выставка по вопросам преобразования энергии (IECEC), 35-е Международное сообщество 2: 962–967; DOI: 10.1109 / IECEC.2000.870897.

Что следует знать об изготовлении литий-ионных аккумуляторов

Обеспечение высокого уровня качества при производстве литий-ионных батарей имеет решающее значение для предотвращения низкой производительности и даже рисков для безопасности.Бенджамин Стернкопф, Ян Греори и Дэвид Принс из PI Berlin исследуют предпосылки для поиска «золотой середины» между стоимостью, производительностью и сроком службы батареи.

Распространение перезаряжаемых литий-ионных батарей, используемых в широком диапазоне приложений, сделало эту технологию очевидной. Споры о различных типах аккумуляторов, их свойствах, стоимости и производительности стали популярными темами в частных и профессиональных дискуссиях.

Однако в большинстве этих обсуждений чрезмерный упор делается на химический состав элементов в батареях.Например, является ли литий-железо-фосфатный аккумулятор более безопасным, чем литий-никель-марганцево-кобальтовый аккумулятор. По правде говоря, на производительность батареи влияет не один, а пять основных факторов: химический состав элементов, их геометрия, качество изготовления, соответствие технологии приложениям и системная интеграция.

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

Качество изготовления — один из наиболее важных факторов, но о нем меньше всего говорят. Причина этого, вероятно, в том, что химию и геометрию клеток можно легко обсудить на основе множества информации, доступной в открытом доступе. Подбор наиболее подходящего химического состава батареи к применению — это тема, которую можно смоделировать и обсудить с помощью современных вычислительных инструментов. Однако качество изготовления и изготовления, как правило, является внутренним секретом каждого производителя — и часто обнаруживает явные различия между производителями даже при использовании одного и того же химического состава.У производителей мало стимулов публиковать подробную информацию о своих производственных процессах в какой-либо форме.

Термин BESS или аккумуляторная система хранения энергии относится к системе, которая представляет собой нечто большее, чем просто аккумулятор. Для эффективной работы аккумулятора необходимы дополнительные компоненты. BESS обычно включает в себя систему преобразования энергии, иначе известную как инвертор, которая включает двунаправленную силовую электронику, используемую для одновременной зарядки и разрядки батареи. Система управления питанием сообщает инвертору, когда заряжать и разряжать батареи.Установлены дополнительные системы охлаждения и пожаротушения для предотвращения и сдерживания любых термических событий. И, наконец, для поддержки и размещения всей системы необходимы вспомогательные источники питания, а также контейнер для хранения.

Из-за сложности полного BESS эта статья посвящена только батареям и их производству. Для реальных проектов рекомендуется иметь в виду, что аккумулятор является лишь частью общей системы. Остальные компоненты и взаимодействие между ними необходимо оценивать с той же тщательностью, чтобы достичь высоких уровней производительности и безопасности BESS.

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

Прежде чем исследовать, как производятся аккумуляторные элементы, хорошо понять, как устроена аккумуляторная стойка. Батарейные элементы похожи по конструкции на батареи сотовых телефонов или портативных компьютеров, за исключением того, что они намного больше. Ячейки объединяются в блок ячеек с использованием последовательного или параллельного соединения. Блоки ячеек собраны в модули с портами связи для измерения температуры и напряжения.Затем эти модули подключаются к стойке, которая обеспечивает последовательное соединение для аккумуляторных модулей. Батарейный шкаф также будет включать вышестоящую систему управления, известную как распределительное устройство, которая обеспечивает датчики тока и протоколы связи. Важно отметить, что эта схема основана на стандартной терминологии МЭК, и в некоторых может использоваться другая терминология.

Назначение батареи — перемещать электроны от анода к катоду при разрядке батареи. Это достигается за счет того, что ионы лития, положительно заряженные частицы, движутся через микропористый сепаратор, заполненный электролитом, который предотвращает прохождение 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 элементов, модулей и цепочек, что делает ее похожей на фотоэлектрическую панель. Однако основные различия становятся очевидными при сравнении отдельных ячеек. Фотоэлемент работает в соответствии с квантовым фотоэлектрическим эффектом; аккумуляторная батарея зависит от химических реакций.Принцип работы батареи больше похож на химический технологический завод, и в результате производственные процессы значительно отличаются.

В отличие от фотоэлементов, элементы литий-ионных аккумуляторов необходимо контролировать индивидуально на предмет напряжения, тока и температуры по соображениям безопасности и производительности. Качество и точность системы управления батареями играют не менее важную роль в производительности и безопасности всей системы батарей. Это означает, что всеми процессами, связанными с производством соответствующей электроники, необходимо управлять аналогично производству фотоэлектрического инвертора.

Создание высокопроизводительной и безопасной аккумуляторной системы — это не ракетостроение, но требует больших усилий. Основная проблема заключается в создании трехмерной структуры (круглой или призматической ячейки) из в значительной степени двумерной структуры (слоев фольги).

В качестве примера, обычный BESS 50 МВт / ч будет иметь площадь поверхности пар электродов размером 500 000 квадратных метров (т.е. приблизительно 5 000 000 квадратных футов). Это эквивалентно площади 70 футбольных полей.Если бы BESS был подключен к фотоэлектрической электростанции мощностью 50 МВт, площадь поверхности аккумуляторных элементов была бы больше, чем площадь поверхности фотоэлектрических панелей, заряжающих их.

Для изготовления этих ячеек критически важно создать поверхность с высочайшей точностью. Обычным ориентиром является то, что максимальное отклонение толщины поверхности не должно превышать 1-2%. Если производитель превышает это значение, аккумулятор подвергается повышенному риску стать угрозой безопасности и ускоренным ухудшением характеристик.

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

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

Это вводный отрывок из статьи, которая полностью опубликована в последнем выпуске нашего ежеквартального технического журнала PV Tech Power (Vol.24) в специальном разделе Storage & Smart Power, подготовленном командой Energy-Storage.news. В полной статье подробно рассматривается каждый из различных этапов производства, а также обсуждаются другие важные факторы при принятии решений, такие как гарантии и испытания. Чтобы загрузить всю статью как отдельную статью, подписаться на 108-страничную книгу или загрузить ее целиком, посетите PV Tech Store.

Почему Китай доминирует в производстве литий-ионных аккумуляторов

Заводские рабочие собирают литий-ионные батареи на заводе China BAK Battery Inc.объект в Тяньцзине, … [+] Китай. China BAK Battery через свои операции в Китае производит и распространяет стандартные и индивидуальные литий-ионные аккумуляторы для использования в мобильных телефонах и других портативных электронных устройствах. Фотограф: Кейт Бедфорд / Bloomberg

НОВОСТИ BLOOMBERG

Мир становится все более электрифицированным. Не только развивающиеся страны увеличивают доступность электроэнергии для своего населения, но и электрификация существующей транспортной инфраструктуры идет быстрыми темпами.К 2040 году более половины автомобилей на дорогах будут работать от электричества.

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

Фактически, это господство идет полным ходом.

Краткая история батарей

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

Первой была свинцово-кислотная батарея, которая была изобретена в 1859 году. Это была первая аккумуляторная батарея, которая до сих пор остается наиболее распространенной батареей, используемой для запуска двигателей внутреннего сгорания.

За последние два столетия были изобретены некоторые инновационные конструкции аккумуляторов, но только в 1980 году был изобретен настоящий переломный момент.Именно тогда открытия в Оксфордском и Стэнфордском университетах привели к разработке литий-ионной батареи. Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор в 1991 году.

Что особенного в литии?

В литий-ионной батарее металлический литий мигрирует через батарею от одного электрода к другому в виде иона лития. Литий — один из самых легких элементов, и он обладает самым сильным электрохимическим потенциалом среди всех элементов. Это позволяет литиевой батарее вместить много энергии в небольшую легкую батарею.В результате литий-ионные батареи стали предпочтительными во многих бытовых электронных устройствах, таких как ноутбуки и сотовые телефоны.

Литий-ионные аккумуляторы Gain Momentum

Из-за присущих литий-ионным аккумуляторам преимуществ с начала века продажи росли в геометрической прогрессии. Это помогает постоянно снижать расходы. Падение цен также помогло литий-ионным батареям прочно закрепиться в новых приложениях.

По данным исследовательской организации BloombergNEF, средневзвешенная цена на литий-ионный аккумулятор (который включает элемент и аккумулятор) упала на 85% в период с 2010 по 18 год, достигнув в среднем 176 долларов за кВтч.BloombergNEF также прогнозирует, что к 2024 году цены упадут до 94 долларов за киловатт-час и до 62 долларов за киловатт-час к 2030 году.

Эта падающая кривая затрат имеет важные последствия для любой компании, которая использует аккумуляторные батареи в своих услугах, или для компаний, у которых есть потребность в хранении энергии (например, производителей электроэнергии). На сегодняшний день большая часть продаж литий-ионных аккумуляторов приходится на сектор бытовой электроники, но в будущем продажи будут все больше зависеть от электромобилей.

В большинстве автомобилей на дорогах сегодня по-прежнему используются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи и двигатель внутреннего сгорания.Но продажи электромобилей, работающих от литий-ионных батарей, за последние пять лет выросли более чем в десять раз. Кроме того, все больше и больше стран устанавливают в будущем запреты на автомобили, работающие на двигателях внутреннего сгорания, ожидая, что электромобили в конечном итоге будут преобладать в личном транспорте.

Это, конечно, означает гораздо больший спрос на батареи 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 относится к тяжелым промышленным приложениям, таким как погрузчики, подметальные машины и скрубберы, наземные службы поддержки аэропортов и транспортные средства с автоматическим управлением (AGV). Эти нишевые применения 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 заняла лидирующее положение на рынке над своими конкурентами в этой сфере.Но это не США, где проводилась большая часть критических исследований и разработок, в результате которых была создана литий-ионная батарея.

Китай на сиденье водителя

Согласно анализу BloombergNEF, в начале 2019 года мировые мощности по производству литиевых элементов составляли 316 гигаватт-часов (ГВт-ч). 73% этих мощностей приходится на Китай, за ним идут США, которые далеко отстают на втором месте с 12% мировых мощностей.

Согласно прогнозам BloombergNEF, глобальная мощность

будет устойчиво расти к 2025 году.Согласно прогнозам, производственные мощности в США будут расти, но медленнее, чем мировые. Таким образом, по прогнозам, доля США в мировом производстве литиевых элементов сократится.

Tesla пытается решить эту проблему путем строительства собственных заводов по производству аккумуляторов, но для компаний, поставляющих широкий спектр этих типов аккумуляторов, таких как калифорнийская 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 с удовольствием использовали бы U.Литий-ионные элементы, произведенные С., — сказал мне Писарев, — сегодня нереально. Поэтому мы должны продолжать импортировать их из Китая ».

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

Предпочтительнее ли иметь как можно более дешевые зеленые технологии, даже если это означает передачу производства другим странам? Низкие цены на солнечные панели способствовали взрывному росту количества новых солнечных панелей, что, в свою очередь, поддержало многие U.С. Джобс. Но большая часть этих панелей производится в Китае. Администрация Трампа попыталась решить эту проблему, установив тарифы на импортные солнечные панели, но большая часть солнечной индустрии США решительно выступила против этих тарифов.

У Китая есть главное преимущество — дешевая рабочая сила, которая позволила ему доминировать во многих отраслях обрабатывающей промышленности. Но Китай также имеет больше запасов лития и гораздо большее производство лития, чем США. В 2018 году производство лития в Китае составило 8000 метрических тонн, это третье место среди всех стран и почти в десять раз больше U.S. производство лития. Запасы лития в Китае в 2018 году составили один миллион метрических тонн, что почти в 30 раз превышает уровень США.

Путь вперед

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

Но с таким преимуществом как в стоимости производства, так и в доступности сырья, U.С. конкурировать с Китаем на мировом рынке? Если нет, могут ли США развить конкурентный рынок переработанного лития по мере того, как все больше литий-ионных батарей подходят к концу?

Это важные вопросы, требующие ответа.

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

Производство литий-ионных батарей

растет, но какой ценой?

В своем первом генеральном плане Tesla Motors Илон Маск писал: «Основная цель Tesla Motors (и причина, по которой я финансирую компанию) — помочь ускорить переход от экономики, основанной на добыче и сжигании углеводородов, к экономике солнечной электроэнергии. которое я считаю основным, но не исключительным, устойчивым решением.”

Чуть более десяти лет спустя кажется, что это устойчивое решение находится в пределах досягаемости — развертывание солнечной энергии быстро растет, и Tesla лидирует в направлении большего распространения электромобилей, которые могут работать на возобновляемых электронах.

Но по мере расцвета экологически чистой энергии решения компаний-производителей электромобилей и производителей аккумуляторов гораздо больше связаны с майнингом, чем можно было бы предположить из манифеста Маска. Хотя взрыв электромобилей и накопителей энергии позволит странам полагаться на менее углеродоемкую энергию, извлечение основных ингредиентов для создания рентабельных литий-ионных аккумуляторов, как правило, оставляет за собой экологические и человеческие разрушения.

Лидеры отрасли приблизились к решению, как хранить энергию и приводить в движение автомобили без ископаемого топлива в больших масштабах, но они только начинают бороться с моральными последствиями чистой энергетики, опирающейся на уродливую правду о детском труде и загрязнении окружающей среды.

«Это довольно интересный случай, когда преимущества перехода к« зеленым »технологиям перевешиваются в некоторых случаях, когда вы смотрите на добычу полезных ископаемых, — 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 металлу и горному делу, Австралия и Южная Америка, особенно «литиевый треугольник» Аргентины, Чили и Боливии, в настоящее время доминируют в производстве лития от 80 до 90 процентов.

Южноамериканское производство основано на рассоле, добываемом из недр земли. На участках рассола соленая вода разливается по большим поверхностям на уровне нескольких футов глубиной и оставляется испаряться в течение нескольких месяцев.При перемещении из пруда в пруд концентрация лития медленно увеличивается до тех пор, пока его не удастся отделить от остальной части рассола. Затем неочищенный литий перерабатывается в хлорид лития для использования в таких устройствах, как батареи. В Австралии производители сырья концентрируются на более энергоемкой и дорогостоящей добыче твердых пород, при которой литий получают из камней.

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

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

Коренные жители литиевого треугольника обеспокоены тем, что высокий уровень воды, необходимый для производства лития — до полумиллиона галлонов на тонну — может сократить и без того ограниченное водоснабжение в засушливых и засушливых районах, где находятся участки с рассолом. расположена.Эти опасения вызвали протесты против эксплуатации ресурсов крупными компаниями. В 2012 году 33 общины коренных народов обратились в Верховный суд Аргентины с просьбой проконсультироваться по вопросам разработки лития.

«Неизвестно, какой ущерб может быть нанесен»

Хелле Абельвик-Лоусон, докторант и исследователь из Университета Эссекса, которая занимается изучением воздействия добычи лития в Боливии и Аргентине, сказала, что многие — но не все — сообщества учатся жить с активностью и развитием горнодобывающих компаний. приносить, 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, по ее словам, «которые категорически против этого».

По словам Абельвик-Лоусон, нынешнее воздействие мелкомасштабной добычи лития относительно минимально. Но поскольку спрос стремительно растет, то, как компании увеличивают производство, может это изменить. «Есть опасения, — сказала она. «Как только что-то действительно масштабируется, невозможно сказать, какой крупномасштабный ущерб может быть нанесен.»

Места с рассолом обычно потребляют мало энергии, потому что солнце перерабатывает литий из бассейнов. Но Уайтсайд сказал, что недавний всплеск спроса стимулировал практику «прямых поставок руды» с горных выработок в Китай за последние три-шесть месяцев. Чтобы ускорить процесс, отправляется больше сырья, прежде чем оно будет сконцентрировано.

«Это означает, что ваше потребление энергии на транспорт намного выше — примерно в три раза выше», — сказал Уайтсайд. «В долгосрочной перспективе это не будет конкурентоспособным с точки зрения затрат, но в настоящее время с такими ценами, как они есть, такое производство стимулируется.”

Литиевые батареи также требуют таких сырьевых материалов, как кобальт, никель и графит, что еще больше усложняет цепочку поставок. Трудовая несправедливость при добыче кобальта хорошо задокументирована. Более 20 процентов экспорта из Демократической Республики Конго, крупнейшего производителя в мире, приходится на нерегулируемые кустарные рудники, на которых часто работают дети. Что касается таких сырьевых материалов, как никель и графит, страны-производители борются с загрязнением воды и обезлесением.

Масштабирование и массовое производство литиевых батарей — сложная задача, но проблемы с правами человека и окружающей средой, связанные с их производством, сделают это еще более трудным для производителей и конечных пользователей.Сырье добывается на рудниках по всему миру, и определить его происхождение не всегда легко. Компаниям, продающим экологически чистые продукты с этической маркой, такие как электромобили и солнечные батареи плюс накопители, необходимо будет искать лучший выбор, поскольку использование аккумуляторов продолжает расти — или рисковать столкнуться с риском отдачи.

Стрела аккумуляторная

По данным Bloomberg New Energy Finance, к 2021 году мировая емкость производства аккумуляторов вырастет вдвое и составит более 278 гигаватт-часов в год.Ожидается, что к тому же году литий-ионные батареи будут на 43 процента дешевле.

В то время как производители альтернативных батарей в последние годы пытались опробовать литиевые модели за свои деньги, это была проигранная битва, отчасти из-за простоты и гибкости технологии. Шокирующе низкие цены на литиевые батареи останутся главным фактором, способствующим доминированию этой технологии в будущем — до тех пор, пока производители смогут поддерживать производство лития.

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

«В ближайшее десятилетие определенно будет достаточно … лития», — добавил он. «Вопрос в том, сколько времени потребуется, чтобы эти источники стали доступными».

Беспокойство не связано с известными запасами, которых очень много. Уайтсайд, который работает над исследованием рынка лития Wood Mackenzie, описывает традиционную кривую спроса и предложения лития. Хотя цены на аккумуляторы достигают новых минимумов, 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 отнимает так много времени, а многие из этих проектов не будут завершены в течение многих лет, высокий спрос и ограниченное предложение, по словам Уайтхауса, вероятно, сохранятся в настоящее время.

«На рынке будут циклы», — добавил он. «Я уверен, что в какой-то момент на рынке появится избыток предложения просто из-за количества разрабатываемых проектов».

Но пока производители батарей жаждут всего лития, которое они могут получить.Поиски этично добытого лития, вероятно, только увеличат спрос и цены.

Другой путь вперед

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

Компании, включая MGX Minerals, базирующуюся в Канаде, работают над поиском доступных и недостаточно используемых магазинов лития. Начиная с 2016 года MGX тестирует систему нанофильтрации, в которой используется набор узкоспециализированных мембран для пассивного отсеивания 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.

На данный момент MGX сотрудничает с такими компаниями, как Canadian Natural Resources Limited в Альберте, и работает над коммерческим заводом, способным перерабатывать 7500 баррелей сточных вод в день и давать значительный объем эквивалента карбоната лития.

Процесс MGX очищает воду, оставшуюся от традиционных нефтяных операций, и приносит прибыль.Привлекательным дополнительным преимуществом могло бы стать привлечение к участию традиционных энергетических компаний.

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

С точки зрения обеспечения подотчетности традиционной горнодобывающей промышленности, это, вероятно, выпадет на долю компаний и корпоративных коалиций, сказал Сабо-Уолш. 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 по обмену информацией о практике поставщиков, оценочных анкетах и ​​экологических рейтингах.Рассмотрение того, куда идет литий после его использования, также может заставить производителей более внимательно относиться к производственному процессу.

«Автомобильные компании должны обсудить и спланировать окончательный срок использования литий-ионных аккумуляторов», — сказал Уайтсайд. «Это то, о чем многие автомобильные компании даже не задумываются».

В конечном счете, по мере роста производства компаниям необходимо будет сделать подотчетность основным показателем срока службы батареи.Хотя мировых запасов лития будет достаточно, чтобы подпитывать крупномасштабную революцию в области хранения, текущие затраты совсем не незначительны.

—

Присоединяйтесь к GTM, чтобы глубоко погрузиться в перспективный внутренний рынок накопителей энергии на Саммите по хранению энергии в США 2017. Коммунальные предприятия, финансисты, регулирующие органы, новаторы в области технологий и специалисты по хранению энергии соберутся вместе, чтобы провести два полных дня презентаций с большим объемом данных, аналитик- проводил панельные сессии с лидерами отрасли и широкое налаживание контактов на высоком уровне.Узнайте больше здесь.

Администратор Байдена стремится сделать США мировым лидером в производстве литий-ионных батарей

Соединенные Штаты уже проиграли гонку производства солнечной энергии Китаю. Теперь администрация Байдена хочет убедиться, что не проиграет гонку литий-ионных аккумуляторов.

Это основная цель новой политики, объявленной Министерством энергетики во вторник, направленной на восстановление доли рынка Китая, Японии и Южной Кореи в производстве ключевых компонентов передовых литий-ионных аккумуляторов, которые будут использоваться в электромобилях и электротехнике. хранить возобновляемую энергию для обезуглероженной сети.Этот шаг также направлен на обеспечение поставок в США сырья для батарей.

Согласно новой политике Министерства энергетики, проекты, получающие федеральную поддержку, включая 200 миллионов долларов из бюджета агентства на 2022 год для поддержки исследований и разработок аккумуляторных технологий, должны производить значительную часть своей продукции в США. полномочия по предоставлению кредитов в рамках Программы ссуды на производство автомобилей с передовыми технологиями Министерства энергетики, входящей в отдел кредитных программ агентства, для включения передовых аккумуляторных элементов и комплектов батарей для использования в электромобилях.

Наряду с этой новой политикой, Министерство энергетики также просит Конгресс принять закон, который согласуется с планом администрации Байдена по инфраструктуре стоимостью 2,2 триллиона долларов, который стимулировал бы внутреннее производство аккумуляторов. Эти предложенные положения включают стимулы для ускорения внедрения электромобилей и внутреннего производства, гранты и поддержку для электрификации школьных и транзитных автобусов, а также программы распределения затрат и грантов, чтобы вывести более отечественных производителей передовых аккумуляторных элементов на коммерческий уровень.

«Нам понадобится значительное увеличение производства аккумуляторов, чтобы ускорить будущее экологически чистой энергии в Америке, а это значит, что нам срочно необходимо наращивать наши возможности для исследования, разработки, производства и продажи аккумуляторов прямо здесь, у себя дома», — сказала министр энергетики Дженнифер. Об этом говорится в подготовленном заявлении Гранхольма.

Если аккумуляторная промышленность США хочет избежать участи, постигшей отечественный сектор производства солнечных батарей за последние два десятилетия, ей потребуется серьезный сдвиг в текущих рыночных тенденциях. Китайские производители солнечных батарей, поддерживаемые комплексной государственной промышленной политикой, захватили большую часть мирового рынка фотоэлектрических солнечных батарей и еще большую долю материалов-прекурсоров, таких как поликремний, которые используются для их производства.

Похожая ситуация сегодня начинает развиваться с производством литий-ионных аккумуляторов.Соединенные Штаты производят только около 10 процентов литий-ионных анодов, производимых сегодня, и еще меньшие части других компонентов, используемых в литий-ионных батареях.

Китай, напротив, производит примерно две трети мировых поставок литий-ионных анодов и раствора электролита и около 40 процентов катодов и разделительных материалов, используемых в большинстве современных аккумуляторных батарей в мире. Согласно данным BloombergNEF за 2019 год, Япония и Корея занимают второе и третье места соответственно по доле на мировом рынке этих компонентов.

Изображение предоставлено: Федеральный консорциум по усовершенствованным батареям

Эти данные представлены в Национальном проекте литиевых батарей на 2021-2030 годы, отчете, подготовленном федеральным консорциумом, в который входят министерства обороны, торговли и штата, которые являются частью 100-дневной цепочки поставок. обзор заказан администрацией Байдена в феврале.

План рекомендует пять целей для обеспечения безопасности цепочки поставок литий-ионных аккумуляторов в стране. К ним относятся обеспечение доступа к ключевым сырьевым материалам, включая литий, кобальт и никель; поддержка роста внутренних мощностей по переработке этих материалов; увеличение производственных мощностей для изготовления аккумуляторных электродов, ячеек и блоков; а также возможность их повторного использования и переработки в больших масштабах.

Это также призывает к поддержанию и развитию технологического лидерства в аккумуляторных батареях следующего поколения с повышенной плотностью энергии, безопасностью, надежностью и стоимостью. Еще одна ключевая цель — уменьшить зависимость батарей от кобальта, ингредиента, производство которого связано с нарушениями прав человека и воздействием токсичных веществ.

Пробелы в цепях литий-ионных аккумуляторов в США

Американские компании разрабатывают множество технологий аккумуляторов следующего поколения, которые заявляют, что обладают этими характеристиками, в том числе Ionic Materials, QuantumScape, Sila Nanotechnologies, Sion Power и Sionic Energy .Но они сталкиваются с серьезной конкуренцией со стороны зарубежных производителей, которые добились доминирующего положения на рынке за последнее десятилетие.

Американские компании действительно собирают литий-ионные батареи, но отдельные аккумуляторные элементы, входящие в них, почти полностью построены азиатскими производителями, включая японские Panasonic, южнокорейские LG Chem и Samsung, а также китайские BYD, Guoxuan, Lishen и Contemporary Amperex Technology ( CATL). Компания Tesla Gigafactory получает свои аккумуляторные элементы, например, от Panasonic, а компания Powin, находящаяся в Портленде, штат Орегон, собирает свои системы хранения, используя элементы от китайских поставщиков.

Если этот дисбаланс сохранится, США могут остаться позади в получении экономических выгод от глобального рынка литий-ионных аккумуляторов, который, как ожидается, вырастет в пять-десять раз в течение следующего десятилетия, чтобы удовлетворить потребности в электромобилях и хранении энергии в энергосистеме. к отчету DOE.

«Если вам нужен какой-либо тип независимой энергии, вы должны смотреть на поставки в нижнем, верхнем и среднем потоках», — сказала Линдси Горрилл, генеральный директор Kore Power. Американский производитель литий-ионных аккумуляторных элементов построил свой первый полномасштабный завод в Китае, но в ближайшие несколько месяцев он объявит об открытии площадки для U.S. фабрика способна производить до 12 гигаватт-часов аккумуляторных элементов в год.

Завод Kore Power будет единственным крупным производителем аккумуляторных элементов в США, сказал он, в дополнение к совместным предприятиям по производству аккумуляторов между General Motors и LG Chem, а также Ford и SK Innovation, еще одной южнокорейской компанией.

Администрация Байдена поставила перед собой цель вывести десятки миллионов электромобилей на дороги США к концу десятилетия, а американские автопроизводители General Motors и Ford обязались к 2035 году перевести почти все производство новых автомобилей на модели с батарейным питанием или с нулевым уровнем выбросов.

Для перехода к 2035 году электросети на энергию с нулевым выбросом углерода, как предложила администрация Байдена, также потребуются системы накопления энергии на сотни гигаватт, чтобы переместить солнечную и ветровую энергию с того момента, когда она производится, на то, когда она необходима.

«Укрепление нашей внутренней цепочки поставок ускорит наши усилия по обезуглероживанию экономики, помогая приводить в действие электромобили, а также увеличивать хранение и отказоустойчивость сетей», — сказал Гранхольм.

Национальная безопасность и воздействие на окружающую среду

Строительство U.Производственные мощности С. также могут защитить страну от сбоев в отраслях, критически важных для национальной безопасности. Отчет о цепочке поставок аккумуляторов сопровождался аналогичными 100-дневными обзорами, заказанными администрацией Байдена для фармацевтических препаратов, компьютерных микросхем и редких минералов.

Министерство обороны США, входящее в состав федерального консорциума батарей, разработавшее рекомендации на этой неделе, сильно заинтересовано в обеспечении внутренних поставок критически важной технологии. Американскому производителю литий-ионных аккумуляторов A123, который обанкротился и был продан китайской Wanxiang в 2012 году, было приказано продать свой оборонный и правительственный бизнес U.Компания Navitas Systems, базирующаяся в S., из-за опасений по поводу последствий для национальной безопасности передачи этих контрактов китайской компании.

Поставка минералов также играет важную роль в обеспечении литий-ионной конкурентоспособности США. Добыча и переработка лития, который идет в эти батареи, контролируется несколькими международными горнодобывающими гигантами, включая китайские Ganfeng Lithium и Tianqi Lithium, американскую Albemarle и чилийскую SQM.

Австралия лидирует по мировому производству лития, за ней следуют Чили, Китай, Аргентина и Зимбабве.Но, по словам Меган О’Коннор, генерального директора Nth Cycle, «Северная Америка может восполнить дефицит предложения за счет собственных ресурсов».

Стартап, который считает Министерство энергетики своим первым инвестором, коммерциализирует технологии, разработанные в Гарвардском университете, для извлечения металлов, включая никель, кобальт и марганец, из самых разных источников — от хвостохранилищ шахт до разряженных аккумуляторов электромобилей. В следующем году компания планирует открыть свою первую пилотную производственную линию на предприятии по переработке аккумуляторов.О’Коннор сказал, что спрос на критически важные минералы. Остальные ресурсы могут предоставить еще не освоенные ресурсы, в том числе залежи лития, начиная от древних вулканических глин в Неваде, которые используются в качестве источника для батарей Тесла, и заканчивая рассолом в Калифорнийском Солтон-Си.

Но эти процессы добычи могут нанести значительный ущерб окружающей среде и нанести серьезный ущерб здоровью. Экологические группы, местные землевладельцы и близлежащие индейские племена выступают против проекта Невады, планируемого компанией Lithium Americas.

В рекомендациях Министерства энергетики по расширению внутренних поставок лития, кобальта и никеля содержится призыв ко всей новой добыче «соответствовать современным экологическим стандартам» и осуществляться в консультации с общинами и племенными нациями. В его инструкциях по повторному использованию и переработке также подчеркивается необходимость в безопасных и рентабельных методах повторного улавливания материалов, которые в противном случае могли бы превратиться в опасные отходы.

В процессе электроэкстракции Nth Cycle используются электрические токи для извлечения различных металлов из воды, проходящей через специально разработанные фильтры.По словам О’Коннора, такой подход резко сократит потребление энергии и стоимость методов извлечения тепла, а также позволит избежать химического воздействия при использовании кислот для выщелачивания металлов из сырья.

«Многие из этих технологий не соответствуют экологическим нормам, действующим во многих штатах», — сказала она, назвав одну из основных причин, по которой операции по добыче и переработке отходов были перенесены за границу. Внедряя «технологии, которые могут значительно сократить использование химикатов, мы можем сделать это в Соединенных Штатах.”

(Изображение статьи любезно предоставлено Yo-Co-Man)

На ведущих рынках электромобилей преобладает рост емкости литий-ионных аккумуляторов

Продажи электромобилей с подзарядкой от сети, или PEV, резко выросли, поскольку правительства обезуглероживают свой транспортный сектор и улучшают качество воздуха. В свою очередь, растут инвестиции в литий-ионные батареи, или LIB, для удовлетворения растущего спроса со стороны производства PEV. Поскольку потребление PEV растет в Азии, Европе и Северной Америке, мы наблюдаем большую географическую диверсификацию производственных мощностей LIB, приближая их к точкам производства и продаж 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 внесут наибольший вклад в увеличение пропускной способности LIB, так же как эти два региона также станут крупнейшими драйверами глобальных продаж легковых автомобилей PEV.

Продажа электромобилей

Продвижение

PEV подпадает под более широкую повестку дня региона по декарбонизации и энергоэффективности. Согласно U.С. Министерство энергетики.

Политические стимулы сыграли решающую роль в увеличении 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.

Согласно прогнозу CBS на январь 2021 г., глобальные продажи легковых автомобилей PEV вырастут с 2,9 млн единиц в 2020 г. до 9,5 млн единиц в 2025 г. ЕС-27, Норвегия и США.К. — стать крупнейшим рынком легковых автомобилей с 2021 года.

Мы прогнозируем, что продажи PEV в США вырастут с 0,28 миллиона до 1,05 миллиона в период с 2020 по 2025 год, во главе с 12 штатами, которые приняли программу электромобилей с нулевым уровнем выбросов, а также за счет потенциала роста, который президент Джо Байден выполнил на выборах. достижение углеродной нейтральности к 2035 году, замена государственного парка электромобилями и инвестирование в 500 000 зарядных станций для электромобилей, все из которых могут увеличить производство и потребление PEV.

В настоящее время литий-ионные аккумуляторы доминируют в Китае

Китай в настоящее время доминирует в мировом объеме LIB, на долю которого в 2020 году будет приходиться 77%. Тем не менее, мы ожидаем большей географической диверсификации по мере того, как все больше стран станут производителями LIB, особенно в Европе. Мы прогнозируем, что доля Европы в емкости LIB увеличится с 6% в 2020 году до 25% в 2025 году, что снизит прогнозируемую долю Китая до 65%.

Рост инвестиций увеличил емкость LIB в Китае более чем в пять раз в период с 2015 по 2018 год, чтобы удовлетворить рост спроса в результате роста продаж PEV за счет субсидий.Однако качество продукции у разных производителей LIB существенно различается из-за нехватки поставок высококачественной продукции, поскольку ведущие производители не могут достаточно быстро наращивать мощности и производство; и наоборот, имелась серьезная избыточная емкость LIB на стороне низкого качества.

До 2019 года субсидии применялись только к PEV, оснащенным LIB, произведенными китайскими производителями аккумуляторов, что исключало иностранные производители, такие как LG Chem Ltd., Panasonic Corp. и Samsung SDI Co. Ltd. С 2019 года индустрия LIB Китая была в фазе консолидации, когда неконкурентоспособные фирмы уходят с рынка, в то время как корейские производители, в частности, увеличили инвестиции в Китай на более равных условиях.

Консолидация увеличила долю шести ведущих производителей в мощностях LIB Китая с 38% в 2017 году до 49% в 2020 году, и мы ожидаем, что эта доля вырастет до 58% в 2025 году. производители со штаб-квартирой включат LG Chem с 2021 года.

Емкость европейских LIB вырастет в 13 раз к 2025 году

Согласно прогнозам, производственная мощность LIB в Европе вырастет с 28 ГВтч в 2020 году до 368 ГВтч в 2025 году в рамках поддерживающей политики, поскольку этот регион обгонит Китай и станет 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 настроен на дальнейшее снижение выбросов с уровня 2021 года на 15% в 2025 году и на 37,5% в 2030 году. привело к тому, что автопроизводители увеличили предложения и продажи региональных моделей PEV, чтобы избежать штрафа в размере 95 евро за грамм избыточного CO2. За пределами ЕС U.К. и Норвегия продвигают продажи PEV с помощью субсидий на покупку, благоприятных ставок дорожного налога и запрета продажи 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 наблюдается приток инвестиций в емкость аккумуляторных батарей, чтобы удовлетворить региональный спрос на производство и продажу PEV. К 2025 году в число производителей LIB могут войти пять европейских стран — Чехия, Франция, Германия, Словакия и Швеция.

Наибольшее увеличение мощности до 2025 года включает 100 ГВтч в рамках первой фазы у Tesla Inc. в Германии, LG Chem в Польше с достижением общей мощности 70 ГВтч и Northvolt AB в Швеции и Германии на общую сумму 48 ГВтч.

Рост мощностей LIB в США замедлится, но к 2025 году все еще увеличится более чем вдвое

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

Локализация производства аккумуляторов

Батарейные блоки

LIB составляют 30-40% от стоимости BEV, что делает их наиболее дорогостоящими компонентами.Автопроизводители все чаще держат производство аккумуляторных батарей на собственном предприятии, поскольку аккумуляторные блоки адаптируются к каждой модели транспортного средства и их транспортировка является дорогостоящей из-за веса. Гигантские предприятия Tesla в Шанхае и Неваде используют сторонние элементы для сборки аккумуляторных модулей и блоков.

Производство ячеек

LIB рядом с производством автомобилей и упаковок помогает минимизировать риски цепочки поставок и позволяет улучшить сотрудничество между производителями аккумуляторов и автомобилестроением, одновременно снижая затраты на логистику и повышая безопасность. Кроме того, LIB классифицируются как опасные грузы из-за опасности возникновения пожара и требуют дополнительных испытаний и подготовки перед отправкой в ​​соответствии с международными правилами перевозки.

Аккумуляторы и автопроизводители стремятся снизить стоимость аккумуляторов, применяя целостный подход к проектированию аккумуляторов, от элементов до модулей и блоков. Например, технология производства элементов 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 вкладок в конструкции элементов, чтобы снизить стоимость и повысить эффективность производства и производительность аккумулятора.

Между производителями аккумуляторов и автопроизводителями также существует значительная жесткость в отношении поставок, что дает существующим поставщикам преимущество первопроходца.Наличие поставщика отдельных элементов для одного и того же аккумуляторного блока обеспечивает большую однородность элементов, что имеет решающее значение для определения безопасности, емкости и долговечности аккумуляторов. У нового поставщика аккумуляторов также длительный период квалификации, что приводит к установлению долгосрочных отношений между производителями аккумуляторов и автопроизводителями. Наконец, поскольку производство аккумуляторных элементов обеспечивает экономию на масштабе, более крупные производители получают выгоду от более низких затрат.

Преимущества непосредственного или интегрированного производства «ячейка-упаковка» в сочетании с устойчивостью поставок и экономией на масштабе объясняют тип инвестиций в производственные мощности, происходящие в Европе и США.S. Это, как правило, крупномасштабные проекты, возглавляемые крупнейшими 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 производство аккумуляторов были обусловлены высокими региональными продажами PEV, в странах-производителях литиевого сырья, которые еще не имеют значительного рынка PEV, который можно было бы интегрировать в производство аккумуляторов, прогресс был гораздо медленнее.

Правительства ведущих стран-производителей лития, включая Чили и Австралию, поощряют увеличение добавленной стоимости за счет развития локальной цепочки поставок аккумуляторов. Чили добилась определенного прогресса до тех пор, пока член консорциума выигравших аккумуляторов не вышел из-за того, что страна не могла поставить достаточное количество гидроксида лития, необходимого для аккумуляторов с более высоким содержанием никеля. Австралия добилась лишь частичного прогресса: проект Energy Renaissance Pty. Ltd. направлен на запуск производства LIB для хранения энергии с середины 2021 года, начиная с мощности 0.066 ГВтч.

Пропускная способность

Global LIB увеличится на 218% в период с 2020 по 2025 год с большей регионализацией ближе к ключевым рынкам PEV. Хотя это можно рассматривать как пример деглобализации, на самом деле глобализация работает наилучшим образом, когда наиболее конкурентоспособные и опытные производители аккумуляторов лучше всего расположены, чтобы уловить рост спроса на LIB на самых быстрорастущих рынках PEV.

Эта статья была опубликована S&P Global Market Intelligence, а не S&P Global Ratings, которое является отдельно управляемым подразделением S&P Global.

Производство литиевых батарей

Процессы, используемые для производства литиевых батарей, очень похожи на те, которые используются при производстве никель-кадмиевых элементов и никель-металлогидридных элементов, с некоторыми ключевыми отличиями, связанными с более высокой реакционной способностью химикатов, используемых в литиевых элементах.

Покрытие электрода

Аноды и катоды в литиевых элементах имеют аналогичную форму и изготавливаются с помощью аналогичных процессов на аналогичном или идентичном оборудовании.Активные электродные материалы покрыты с обеих сторон металлической фольгой, которая действует как токоприемники, проводящие ток в ячейку и из нее. Материал анода представляет собой углерод, а катод — оксид металлического лития. Оба эти материала поставляются на завод в виде черного пороха, и для неподготовленного глаза они практически неотличимы друг от друга. Поскольку загрязнение между материалами анода и катода приведет к разрушению батареи, необходимо проявлять большую осторожность, чтобы предотвратить контакт этих материалов друг с другом.По этой причине аноды и катоды обычно обрабатываются в разных помещениях.

Размер частиц должен быть минимальным, чтобы обеспечить максимальную эффективную площадь поверхности электродов, необходимую для сильноточных ячеек. Форма частиц также важна. Желательны гладкие сферические формы с закругленными краями, поскольку острые края или чешуйчатые поверхности подвержены более высокому электрическому напряжению и разложению пассивирующего анод слоя SEI, что может привести к очень сильному тепловыделению и возможному тепловому выходу из строя при использовании элементов.

Металлическая электродная фольга поставляется на больших барабанах, обычно шириной около 500 мм, с медью для анода и алюминием для катода, и эти барабаны устанавливаются непосредственно на машинах для нанесения покрытий, где фольга разматывается при подаче в машину. через прецизионные ролики.

Процесс нанесения покрытия показан на диаграмме ниже

Первый этап заключается в смешивании материалов электродов с проводящим связующим для образования суспензии, которая распределяется по поверхности фольги, когда она проходит в машину.Режущая кромка расположена непосредственно над фольгой, а толщина покрытия электрода регулируется путем регулировки зазора между режущей кромкой и фольгой. Поскольку гравиметрическая или объемная емкость накопления энергии анодного материала не является чем-то необычным, чем у материала катода, толщина слоев покрытия должна быть установлена ​​так, чтобы обеспечить накопление энергии на единицу площади анодного и катодного электродов. быть сопоставленным.

Из устройства для нанесения покрытия фольга с покрытием подается непосредственно в сушильный шкаф длительного действия для запекания электродного материала на фольге.Когда фольга с покрытием выходит из печи, она снова наматывается.

Покрытая фольга затем подается в машины для продольной резки, чтобы разрезать фольгу на более узкие полосы, подходящие для электродов разного размера. Позже их обрезают до нужной длины. Любые заусенцы на краях полос фольги могут привести к внутреннему короткому замыканию в ячейках, поэтому продольно-резательный станок необходимо производить и обслуживать с высокой точностью.

Ячейка в сборе

На лучших заводах сборка ячеек обычно выполняется на высокоавтоматизированном оборудовании, однако есть еще много мелких производителей, которые используют ручные методы сборки.

Первым этапом процесса сборки является сборка подузла электрода, в котором сепаратор зажат между анодом и катодом. В зависимости от типа корпуса ячейки используются две основные электродные структуры: многослойная структура для использования в призматических ячейках и спирально-навитая структура для использования в цилиндрических ячейках.

См. «Конструкция ячеек» для описания составных ячеек и ячеек с раной.

Процесс сборки призматических и цилиндрических ячеек показан на следующей диаграмме.

• Призматические элементы

Призматические элементы часто используются в аккумуляторных батареях большой емкости для оптимизации использования пространства. В этих конструкциях используется многослойная структура электродов, в которой анодная и катодная фольга разрезаны на отдельные электродные пластины, которые поочередно накладываются друг на друга и разделяются сепаратором. Сепаратор может быть обрезан до того же размера, что и электроды, но более вероятно, что он применяется в виде длинной полосы, намотанной зигзагообразно между чередующимися электродами в стопке.

Хотя эта конструкция корпуса позволяет оптимально использовать пространство при использовании в аккумуляторной батарее, она имеет недостаток, заключающийся в том, что в ней используются несколько электродных пластин, которым необходим зажимной механизм для соединения всех анодов вместе и с основной клеммной колодкой, а также аналогичный механизм для катоды. Все это увеличивает сложность и трудоемкость ячейки и, как следствие, увеличивает стоимость.

Некоторые призматические ячейки также изготавливаются более простым методом намотки электродов на плоскую оправку.(См. Ниже)

Уложенные друг на друга электроды также используются для производства мешочных ячеек.

• Цилиндрические элементы

  Для цилиндрических ячеек анодная и катодная фольга разрезаются на две длинные полосы, которые наматываются на цилиндрическую оправку вместе с разделителем, разделяющим их, с образованием рулона желе (швейцарский рулет в Великобритании). Таким образом, цилиндрические элементы имеют только две электродные полоски, что значительно упрощает конструкцию.
  Одиночный вывод соединяет каждый электрод с его соответствующим выводом, хотя элементы высокой мощности могут иметь несколько выводов, приваренных по краям электродной ленты для пропускания более высоких токов.

Следующим этапом является соединение конструкции электрода с выводами вместе с любыми предохранительными устройствами и установка этого узла в емкость. Затем емкость запаивается с помощью лазерной сварки или нагрева, в зависимости от материала корпуса, оставляя отверстие для впрыска электролита в емкость.

Следующим этапом является заполнение ячейки электролитом и ее герметизация. Это нужно делать в «сухом помещении», так как электролит вступает в реакцию с водой. Влага вызовет разложение электролита с выделением токсичных газов. Например, гексафторид лития (LiPF6), один из наиболее часто используемых материалов для электролитов, реагирует с водой с образованием токсичной фтористоводородной кислоты (HF).

После этого ячейке дается идентификация с помощью этикетки или путем печати номера партии или серийного номера на корпусе.

Формация

Когда сборка элемента завершена, элемент должен пройти хотя бы один точно контролируемый цикл заряда / разряда, чтобы активировать рабочие материалы, преобразовав их в пригодную для использования форму. Вместо нормальной кривой зарядки при постоянном токе и постоянном напряжении процесс зарядки начинается с низкого напряжения, которое постепенно нарастает. Это называется процессом формирования. Для большинства литиевых химикатов это включает создание SEI (твердый электролитный интерфейс) на аноде.Это пассивирующий слой, необходимый для замедления процесса зарядки при нормальном использовании.

Во время формирования данные о характеристиках ячейки, такие как емкость и импеданс, собираются и записываются для анализа качества и отслеживания. Разброс показателей производительности также указывает на то, находится ли процесс под контролем. (Остерегайтесь производителей, которые используют этот процесс для сортировки своих ячеек по различным группам производительности для продажи с альтернативными спецификациями).

Хотя это и не является основной целью формирования, процесс позволяет значительному проценту отказов клеток на раннем этапе жизни из-за производственных дефектов, так называемой «младенческой смертности», происходить на заводе производителя, а не на территории клиента.

Управление процессами

Строгие допуски и строгий контроль процесса важны на протяжении всего производственного процесса. Загрязнение, физическое повреждение и заусенцы на электродах особенно опасны, поскольку они могут вызвать проникновение в сепаратор, приводящее к внутренним коротким замыканиям в ячейке, и не существует методов защиты, которые могли бы предотвратить или контролировать это.

Службы поддержки

Чистота важна для предотвращения загрязнения, и элементы обычно производятся в условиях чистой комнаты с контролируемым доступом к сборочным цехам, часто через воздушный душ.

Помимо производственного испытательного оборудования, производитель батарей должен иметь лабораторию материалов, оборудованную для проведения полного анализа материалов, используемых при производстве элементов, а также для проведения анализа отказов.В следующем списке показано основное используемое оборудование.

• Растровый электронный микроскоп (СЭМ) для исследования физической структуры материалов
• Масс-спектрометр для анализа химического состава материалов
• Калориметры для проверки тепловых свойств материалов и ячеек
• Программируемое испытательное оборудование цикла заряда / разряда для проверки элементов и проверки их срока службы
• Экологические камеры и вибростолы для исследования характеристик ячеек в ожидаемых условиях эксплуатации
• Оборудование для испытаний на механическое напряжение

См.