Қытай: батареяның прекурсорлық технологиялары? 

«Батареяларға арналған қытайлық прекурсорлар?» дегенді естігенде, бірінші ой - көлем, баға, тіпті көшіру. Бірақ соңғы бес-жеті жылда сурет әлдеқайда күрделі болды. Көптеген адамдар әлі де бұл жерде бәрі қарапайым деп ойлайды - олар Батыс патенттерін алды, оны кеңейтті және орындалды. Шындығында, егер сіз құн тізбегін, әсіресе литий-ионды және жаңа қатты дене жүйелеріне арналған материалдар саласында қазып алсаңыз, қытайлық ойыншылардың енді жай ғана «істеп жатқанын» көре аласыз. Олар ҒЗТКЖ-ны белсенді түрде жүргізеді, көбінесе Батыста процестің жоғары құнына байланысты тұйық болып саналатын бағыттар бойынша. Бірақ бұл туралы кейінірек.

Қытайдан жасалған? «Қытайда жасалған»: тәсілдің эволюциясы

Бұрын, шамамен он жыл бұрын, шынымен де кері инженерияға көп нәрсе салынды. Біз литий кобальтаты (LCO), никель марганец кобальтаты (NMC) үлгілерін сатып алып, оларды бөлшектеп, қайталауға тырыстық. Бірақ тараптардың тазалығы мен тұрақтылығы үнемі қорқынышты арман болды. 2015-2016 жылдары Чаншадағы учаскелердің бірінде технологтармен әңгімелесу бір нәрсеге дейін қайнап жатқаны есімде: «параметрлер техникалық сипаттамаларға сәйкес сияқты, бірақ шығыс батареясы 5-7% сыйымдылықты береді?». Мәселе формулада емес, прекурсорлар синтезінің нәзік тұстарында болды - бөлшектердің мөлшерін, морфологиясын және ppm деңгейіндегі қоспалардың мөлшерін бақылау.

Ауысым CATL және BYD сияқты ірі аккумулятор өндірушілері тек химиялық құрамға ғана емес, материалдың функционалдық сипаттамаларына қатаң талаптар қоя бастаған кезде басталды. Оларға никель-кобальт-алюминий (NCA) ұнтағы ғана емес, дайын катодта жақсы иондық өткізгіштікті қамтамасыз ететін белгілі бір кеуектілігі бар материал қажет болды. Бұл прекурсорларды жеткізуші компанияларды өздерінің зертханалары мен пилоттық желілеріне инвестициялауға мәжбүр етті. Бұл жерде біз көшіру туралы емес, өзімізді баптау процестері туралы - карботермиялық қалпына келтіру, гидротермиялық синтез, рН мен температураны дәл басқара отырып, бірге тұндыру әдістері туралы айтып отырмыз.

Қызықты жағдай NMC 811 (никель мөлшері жоғары) үшін тізбектерді әзірлеу болып табылады. Жоғары энергия тығыздығына ұмтылу айқын, бірақ никельмен бірге проблемалар да өседі - термиялық тұрақтылық төмендейді, қабаттық құрылымдағы катиондардың ығысуы. Қытайлық инженерлер легірлеу жолын ұстанып қана қоймай (алюминий, магний қосу), сонымен қатар прекурсорлық бөлшектердің градиентті жабынымен тәжірибе жасай бастады - өзегі контейнер үшін никельге бай, ал сыртқы қабаттар тұрақтылық үшін марганец немесе кобальтпен байытылған. Бұл прекурсорлардың синтезі сатысында дәл бақылауды қажет етеді. Мен Сычуаньнан бір жеткізушінің үлгілерін көрдім - олардың көп сатылы тұндыру тәсілі шынымен әсерлі болды, дегенмен сол кезде (бір-екі жыл бұрын) пилоттық желідегі кірістілік апатты түрде төмен болды, шамамен 65%.

Нағыз қиындықтар қайда жатыр: химия емес, инженерия

Көбісі химиялық формулаларға назар аударады, бірақ дәл қазір негізгі шайқас химиялық инженерия мен масштабтауда. Зертханада зәйтүн құрылымы бар LFP (литий темір фосфаты) үшін тамаша прекурсордың килограммын алуға болады. Бірақ айына 10 тоннаға дейін масштабтауға тырысқанда, ғажайыптар басталады: бөлшектердің агломерациясы, легирленген элементтердің біркелкі таралуы, көлемді тығыздықтың ауытқуы. Бұл жобаның экономикасын жояды.

Мұнда қытайлық компаниялар өздерінің күшті жақтарын көрсете бастады - икемділік пен итерация жылдамдығы. Көбінесе оларда бір рет болатын алып зауыттар болмайды. Модульдік пилоттық желілер бар, оларды жылдам қайта конфигурациялауға болады. Таныс технологChengdu Yizhi Technology Co.(бұл Хуакси технологиясы жасаған жобалау институты) бір рет еуропалық тұтынушы үшін өнімнің қолайлы тазалығына жеткенге дейін сульфидті электролит прекурсорын (қатты күйдегі аккумуляторлар үшін) синтездеу үшін үш түрлі реактор конфигурациясын қолданып көргенін айтты. Олардың веб-сайтыyzkjhx.ruегжей-тегжейлерге сараң, бірақ жобаның сипаттамасынан олардың кілтті тапсыру процестерін дамытуға терең араласатыны анық. - зертханадан коммерциялық өндіріске дейін.

Тағы бір ауыр мәселе - шикізат. Кобальт пен литий импортына тәуелділік жойылған жоқ. Сондықтан, орасан зор күш екі бағытқа бағытталған: біріншіден, қайталама шикізатты барынша сығып алу үшін терең өңдеу және қайта өңдеу; екіншіден, осы тәуелділікті төмендететін материалдарды әзірлеу. Натрий-иондық батареяларды соңғы жылдардағы серпіліс деп санауға болады. Ал бұл жерде Қытай элементтерді өндіруде ғана емес, сонымен қатар олар үшін прекурсорлар тізбегін – мысалы, қатпарлы оксидтер немесе полианионды қосылыстар жасауда бастаманы қолға алуға тырысатын сияқты. CATL коммерциялық өнімдерді жариялады. Бірақ егер прекурсорлар туралы айтатын болсақ, онда негізгі мәселе - тұрақтылық пен синтездің төмен құны. Зертханалық жетістіктер бар, бірақ тонналық партия қандай болады? Жауаптардан гөрі сұрақтар көп.

Қатты күйдегі батареялар: жаңа нәсіл және прекурсорлармен ескі проблемалар

Ең қызық, бірақ бұлыңғыр аймақ қазір осында. Барлығы қатты күйдегі батареялар (SSB) туралы қасиетті гриль ретінде айтады. Бірақ егер біз хайптан алшақтайтын болсақ, негізгі техникалық мәселе интерфейстер болып табылады. Қатты электролит (сульфид, оксид, полимер) мен электрод материалы мінсіз байланыста болуы керек. Және бұл тағы да прекурсорларға түседі.

Сульфидті электролиттер үшін (мысалы, Li₂S–P₂S₅жүйелер) бізге өте таза прекурсорлар қажет, ал синтез толығымен инертті атмосферада өтуі керек - оттегі мен ылғал бәрін өлтіреді. Қытайлық компаниялар, мысалы, сол Чэнду Йижи технологиялық институты өнеркәсіптік ауқымда қатты фазалық синтез және механикалық қоспалау әдістерімен белсенді жұмыс істейді. Бірақ негізгі кедергі электролиттің өзі синтезі емес, композиттік катодтар үшін прекурсорларды жасау. Иондық өткізгіш матрицаны құру үшін белсенді материалды (мысалы, NMC) сульфидті электролит бөлшектеріне біркелкі салу керек. Стандартты араластыру әдістері жұмыс істемейді - олар «өлі аймақтарды» жасайды. Шешім мамандандырылған прекурсорларды әзірлеуде көрінеді, мұнда қажетті құрылым in situ, синтез сатысында қалыптасады. Мен жаппай өндіріске бейімделген атомдық қабаттың тұндыру (ALD) әдістерін қолдану әрекеттері туралы естідім, бірақ әзірге ол қымбат және баяу.

LLZO (литий лантан цирконий оксиді) сияқты оксид электролиттеріндегі алғашқы жобалар туралы аз адамдар айтатын сәтсіз әрекет. Материал перспективалы, бірақ оның прекурсорлары жоғары температурада агломерацияны қажет етеді (1200 ° C жоғары). Олар синтезді орнатуға тырысты, бірақ орасан зор энергия тұтынуға және литийдің стехиометриясын бақылау мәселесіне тап болды - ол мұндай температурада жай ғана буланып кетеді. Нәтижесінде, көптеген стартаптар сульфидтерге немесе гибридті жүйелерге көшіп, бұл аймақтарды қысқартты немесе мұздатты. Бұл прекурсорлар деңгейінде еңсерілмейтін инженерлік және экономикалық кедергілерге тап болатын әдемі зертханалық химияның жақсы мысалы.

Болашаққа көзқарас: тізбекті интеграция және экология

Шешуші тенденция – тік интеграция. CATL немесе Gotion High-Tech сияқты ірі ойыншылар енді тек прекурсорларды сатып алып қоймайды, олардың өндірушілерімен бірлескен кәсіпорындарға инвестиция салады немесе өз нысандарын салады. Не үшін? Бүкіл тізбекті басқару үшін - шикізаттан дайын электродқа дейін. Бұл нақты ұяшық архитектурасы үшін (мысалы, планшет немесе қапшық ұяшықтары үшін) параметрлерді оңтайландыруға мүмкіндік береді.

Екінші үлкен тақырып – экологиялық тазалық. Еуропалық реттеушілер көміртегі ізі және жауапты көздер тақырыбына ұзақ уақыт бойы қысым көрсетіп келеді. Қытайлық жеткізушілер үшін бұл тек қауіп емес, мүмкіндік. Мен көптеген адамдар өз процестерін сертификаттауға кірісіп, прекурсорлар өндірісінде еріткіштерді қайта өңдеу жүйесін енгізіп, «жасылдармен» жұмыс істеп жатқанын көремін. синтез әдістері – айталық, азырақ уытты қалпына келтіретін агенттерді қолдану немесе сулы ортада. Бұл енді PR емес, жаһандық нарыққа шығу үшін аса қажеттілік. Жарғылық капиталы 120 миллион юань, жобалау институты мәртебесі бар Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd. компаниясы тұтынушыларға жай өнім емес, экологиялық және экономикалық тепе-теңдік есептелген технологияны ұсына алатындардың бірі болып табылады.

Және соңғы бір нәрсе. Сіз бірде-бір «өлтіруші» нәрсені күтпеуіңіз керек. прекурсорлар химиясындағы жаңалық. Эволюция бірте-бірте болады: тазалықтың 0,5%-ға жақсаруы, синтез құнының 3%-ға төмендеуі, материалдың ауада сақтау мерзімінің ұзаруы. Дәл осы ауыр, көзге көрінбейтін жұмыста - мыңдаған параметрлерді бақылау, пилоттық желілердегі итерациялар, масштабтау мәселелерін шешу - Қытайдың бұл саладағы көшбасшылығы бүгін және ертең. Олар еліктеушілерден технологиялық инженериядағы елеулі бәсекелестерге айналды. Келесі қадам материалдардың дизайнында трендтер болу болуы мүмкін, бірақ бұл іргелі жаңалықтарды қажет етеді. Және олар кестеге сәйкес болмайды.