Литий-ионные аккумуляторы: анализ технологических и маркетинговых трендов

Алексей Стрелецкий, ДНТЭ

04 сентября 2012

Стр. 2

Содержание• Сравнение технологий промышленно

выпускаемых аккумуляторов • Мировой рынок аккумуляторов• Литий-ионные аккумуляторы: анализ

маркетинговых трендов• Литий-ионные аккумуляторы: анализ

технологической цепочки и сырьевой базы• ЛИОТЕХ в ряду производителей литий-ионных

аккумуляторов• Выводы• Приложения

Стр. 3

Сравнение технологий промышленно выпускаемых

аккумуляторов

Стр. 4

Основные типы аккумуляторов

Свинцово-кислотные Щелочные (никель-кадмиевые, никель-металлгидридные)

Натриевые Литий-ионные

Стр. 5

Аккумуляторы: сравнение технологий

ТипХимическая составляющая

Стоимость за $/кВт·ч

Уд. энергия, Вт∙ч/кг

Цикл заряда-разряда

Уд. мощность, Вт/кг

Саморазряд % в месяц (ком. темп-ра)

Время зарядки, ч

Номинальное напряжение, В

Температура, °С (заряд/разряд)

Токсичность

Требования к безопасности Габариты

Свинцово-кислотные

Pb-H2SO4 100-200 30-40 200-500 75-500 3-5 8-24 2,1

-20…+50 -20…+50 Высокая Теримчески

стабильныеКрупные, средние

Щелочные

NiCd 300-700 40-60 500 -15 00 150 10-20 1

1,2 0…+45-20…+65

Высокая Нагрев при окончании зарядки)

Малые, средние

NiMH 600-800 60-120 500-1000 250-1000 30 2-4 Низкая

Натриевые

Na-S300-350

80-150 4500 130-180 2

270…350 Высокая

высокая температура, натрий очень реактивен

КрупныеNiCl2 -

Na 90-120 3500 175 - >1 2,6

Литий-ионные

LiCoO2

600-1200

110-250 500-1000 250-340 1-5 1-2 3,7

0…+ 45-20…+60 Низкая

контроль над током

заряда/разряда

Малые, средниеLiMnO2 85-120 500-1000 3500 10 >1 3,7

LiFePO4 90-110 1000-5000 3000 10 1-2 3,2

Источники: Battery University, http://batteryuniversity.com/learn/article/secondary_batteries, 2011 Advanced Batteries for Portable Power Applications, Pike Research, 2Q 2011

Стр. 6

Аккумуляторы: свинцово-кислотные

Электрохимические процессыРазряд:Катод: PbO2(тв) + HSO4

-(водн) + 3H+(водн) + 2e- → PbSO4(тв) + 2H2O(ж)Анод:Pb(тв) + HSO4

-(водн) → PbSO4(тв) + H+(водн) + 2e-

Заряд:Катод:PbSO4(тв) + 2H2O(ж) → PbO2(тв) + HSO4

-(водн) + 3H+(водн) + 2e-Анод:PbSO4(тв) + H+(водн) + 2-e → Pb(тв) + HSO4

-(водн)

PbSO4конц. р-р

H2SO4PbSO4

PbO2водн. р-р

H2SO4Pb

Разряженноесостояние

Заряженноесостояние

Технологии кислотно-свинцовых аккумуляторов

Тип технологии

Технология

Стоимость

Виброустойчивость

Темп. Режим

Безопасность

Скорость зарядки

Обслуживание

Габариты Основное приложение

Жидкостные

Зрелая

Низкая Средняя Низкие температуры

Средняя

Низкая

Обслуживаемые

Большие, средние

Автомобильные стартерные батареи, источник бесперебойного питания

Герметичные Средняя Высокая Широкий Высокая Необслуживаемые

Автомобильные стартерные батареи второго поколения, e-bike

Гибрид. свинцово-углеродные

R&D - Высокая Широкий Высокая Высокая Необслуживаемые

Малые Сетевые накопители энергии, автомобильные стартерные батареи

Стр. 7

Аккумуляторы: щелочные никель-кадмиевыеЭлектрохимические процессыРазряд:Катод: NiOOH(тв) + H2O(ж) + e- → Ni(OH)2(тв.) + OH(водн)

-

Анод:Cd(тв) + 2OH-

(водн) → Cd(OH)2(тв) + 2e-

Заряд:Катод:Ni(OH)2(тв) + 2OH-

(водн) → NiOOH(тв) + H2O(ж) + e-

Анод:Cd(OH)2(тв) + 2e- → Cd(тв) + 2OH-

(водн)

Ni(OH)2водн. р-р

KOHCd(OH)2

NiOOH водн. р-р KOH Cd

Разряженноесостояние

Заряженноесостояние

Модификации катодных материалов (тип конструкций)Тип электродов Конструкц

ия/технология

Стоимость Удельная энергия

Ресурс Саморазряд Основное приложение

Ламельные электроды

Простая Низкая Низкая Высокий Высокий Устаревшая технология используется в дисковых аккумуляторах заменяется безламельными электродами

Спеченные металлокерамические электроды

Сложны в изготовлении, расход никеля

Высокая Высокая Средний Высокий В настоящее время повсеместно используется в щелочных аккумуляторах (NiCd, NiMH)

Прессованные электроды

Высокая Высокая Низкий Высокий

Войлочные и пеноникелевые электроды

Наиболее сложная технология

Высокая Самые высокие для Ni-Cd

Самые высокий для Ni-Cd

Низкий В последнее время находят все более широкое применение

Стр. 8

Аккумуляторы: щелочные никель-металлгидридные

Электрохимические процессыРазряд:Катод: NiOOH(тв) + H2O(ж) + e- → Ni(OH)2(тв.) + OH(водн)

-

Анод:MH(тв) + OH-

(водн) → H2O(ж) + M + e-

Заряд:Катод:Ni(OH)2(тв) + 2OH-

(водн) → NiOOH(тв) + H2O(ж) + e-

Анод:M(тв) + e- + H2O(ж)→ MH(тв) + OH-

(водн)

Ni(OH)2водн. р-р

KOH M

NiOOH водн. р-р KOH MH

Разряженноесостояние

Заряженноесостояние

Модификации анодных материалов(гидриды интерметаллических соединений)

Тип анода Компоненты Емкостная способность, мА/г

Комментарии

AB5 (LaNi5) A: Мишметалл, La, Ce, TiB: Ni, Co, Mn, Al

300 Наиболее часто используемая группа сплавов

AB2 (TiNi2) A: V, TiB: Zr, Ni (+Cr, Co, Fe, Mn)

400 Используется как основа в смеси сплавах разных групп

AB (ZrNi) A: Zr, TiB: Ni, Fe, Cr, V

Применялись на ранних стадиях разработки металлгидридных материалов для хранения водорода

A2B(Ti2Ni)

A: Mg, TiB: Ni

Стр. 9

Аккумуляторы: натрий-никель хлоридные (ZEBRA) и натрий-серные

Ni β-Al2O3 NaCl

NiCl2 β-Al2O3 Na (ж.)

Разряженноесостояние

Заряженноесостояние

Na – NiCl2 батареи Серно-натриевые батареи

Na2S4 β-Al2O3 -

S (ж.) β-Al2O3 Na (ж.)

Разряженноесостояние

Заряженноесостояние

Источники: J. Power Source 127 (2004)

Электрохимические процессыРазряд:Катод: 4S(ж) + 2Na+ + 2e- → Na2S4(ж)

Анод:2Na(ж.) → 2Na+ + 2e-

Заряд:Катод:Na2S4(ж) → 4S(ж) + 2Na+ + 2e- Анод:2Na+ + 2e- → 2Na(ж.)

Электрохимические процессыРазряд:Катод: NiCl2 + 2 Na+ + 2e- → Ni + 2NaCl

Анод:2Na(ж.) → 2Na+ + 2e-

Заряд:Катод:Ni + 2NaCl → NiCl2 + 2 Na+ + 2e- Анод:2Na+ + 2e- → 2Na(ж.)

Технологии натриевых аккумуляторовТип

технологииТехнология

Стоимость Удельная энергия

Ресурс Саморазряд

Габариты Обслуживание/безопаность

Основное приложение

Серно-натриевые Зрелая

Средняя Средняя Высокий Низкий Крупные

Температурный

контроль/жидкий натрий

Комм. приложение с 1983 г. (TEPKO), как сет. накопители энергии

Натрий-никель хлоридные Нач.

стадия коммерц.

Комм. приложения с 1994 г. , как сет. накопитель энергии

Стр. 10

Аккумуляторы: литий-ионные

Электрохимические процессыРазряд:Катод: Li1-xCO2(тв) + xLi+ + xe- → LiCO2(тв)

Анод:LiC6(тв) → Li1-xC6(тв) +xLi+ + xe-

Заряд:Катод:LiCO2(тв) → Li1-xCO2(тв) + xLi+ + xe-

Анод:Li1-xC6(тв) +xLi+ + xe- → LiC6(тв)

LiCO2водн. р-р

KOHLi1-xC6

Li1-xCO2водн. р-р

KOH LiC6

Разряженноесостояние

Заряженноесостояние

Тип Технология Стоимость, $/кг Энергия (теор./дост.), кВтч/кг

Мощность Ресурсы Безопасность Основное применение

LiCoO2коммерц. с 1991 г. + (30-35) +++ (1000 / 250) + ++ -

Портативная электроника

LiMnO2 коммерц. с 1996 г. ++ (10-15) + (500 / 109) +++ - ++

Транспорт, накопители энергии

LiFePO4 коммерц. с 1999 г. ++ (20-25) +(587 / 156) +++ ++ +++

Li-O2 R&D (комм. с 2020 г.) - +++2050 / 800

(target)+++ - -

Источник: Whittingham: History, Evolution, and Future Status of Energy Storage, IEEE 2012

Стр. 11

Сравнение технологий аккумуляторов

Мощность

Энергия

ТоксичностьСрок работы

Стоимость

Свинцово-кислотные ЩелочныеНатриевые Литий-ионные

Плохо

СреднееХорошо

Стр. 12

Мировой рынок аккумуляторов

Стр. 13

Мировой рынок аккумуляторов

Источник: World batteries to 2017. www.IdTechEx.com

Мировой рынок аккумуляторов в 1997-2007 гг. и текущий прогноз на 2012-17 гг. в денежном выражении, млн. долл.

1997 2002 2007 2012 2017

13050

16344

27510

29800

35400

47855709

8740

11050

14600

1299

3572

11250

20100

33300

967 1300 2070 2550 3100

Кислотные(Pb-H2SO4) Щелочные (NiCd, NiMH)Литий-ион Другие

Кислотные(Pb-H2SO4)

Щелочные (N

iCd, NiM

H)

Литий-ион

Другие

7.7 6.2

24.1

7.9

Cовокупные темпы годового роста, 1997-2007гг.

Кислотные(Pb-H2SO4)

Щелочные (NiCd, NiMH)

Литий-ион Другие

2.6

5.3

11.5

4.1

Cовокупные темпы годового роста, 2007-2017гг.

(прогноз)

Стр. 14

Тренды развития рынка аккумуляторов на примере Японии

Источник: Battery Association of Japan. http://www.baj.or.jp/e/index.html

1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 -

1,000.00

2,000.00

3,000.00

4,000.00

5,000.00

6,000.00

Статистика продаж аккумуляторов различных типов япончких компаний в денежном выражении, млн. долл

Pb-H2SO4 Ni-MH Li-ion Другие щелочные

Стр. 15

Литий-ионные аккумуляторы: анализ маркетинговых трендов

Стр. 16

Потенциальные области распространения технологии ЛИА на рынке

ЛИА

Сетевые накопители электроэнергии

Grid Energy system

Автотранспорт EV250-350 Вт∙ч/кг800-1200 Вт/кг

Повышенные требования к энергоемкости

мобильные телефоны, компьютеры, бытовая электронная техника

ЭНЕРГЕТИКА(BACKUP POWER SUPPLY, ENERGY

STORAGESYSTEM)

ТРАНСПОРТ(EV, HEV, PHEV) ПОТРЕБИТЕЛЬСКАЯ

ЭЛЕКТРОНИКА(CONSUMER ELECTRONIC)

Гибридный автотранспорт (HEV, PHEV)

150-250 Вт·ч/кг2200 - 2800 Вт/кг

Повышенные требования к мощности

80-150 Вт·ч/кг500 - 1500 Вт/кг

Повышения требования к циклируемости

ДРУГОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Автономные источники питания для БПЛА, военного снаряжения.

Дополнительные вспомогательные источники питания для

грузоподъемников, роботизированная техника.

Система бесперебойного

питания Uninterruptible Power

Supply

Стр. 17

Мировой рынок литий-ионных аккумуляторов

Источник: J.P. Morgan Asia Pacific Equity Research, 11 мая 2010

• транспорт (HEV/EV)• потребительская электроника

(consumer)• энергетика (energy storage

station)• другое применение

Мировой рынок Li-ионных аккумуляторов в 2008-2009 гг. и текущий прогноз на 2011-20 гг. в денежном выражении, млн. долл.

Совокупные темпы годового роста, CAGR %, 2010-20гг.

Наиболее уверенный рост прогнозируется в транспортном и энергетическом сегментах

Стр. 18

Распределение долей рынка ЛИА: 'Three Kingdom (Korea/China/Japan) Period‘

2009 год

Sanyo (Япония); 23

Samsung SDI (Корея); 15

Sony (Япония); 14BYD (Китай); 8.3

LG Chem (Корея); 7.4

BAK (Китай); 6.6

Panasonic (Япония); 6

Hitachi Maxell (Япония); 5.3

ATL (Китай); 3.8A123 (США); 1

Другие; 9.6

Источник: CGGC, Lowe et al, Lithium-ion Batteries for Hybrid Car … October 2010

Распределение долей рынка ЛИА по странам

Распределение долей рынка ЛИА по мировым компаниям

Япония; 48.3

Корея; 22.4

Китай; 18.7

США; 1

Другие; 9.60000000000001

Стр. 19

Ведущие компании-производители ЛИАДоход компании от ЛИА, млрд. долл (2010)

Электроника Транспорт Энергетика

Sanyo Electric (с 2011 года дочерняя компания Panasonic Corp. )

3,0 Лидер в сегменте, 26-27%.Цилиндрические (ноутбуки) призматические (моб. телефоны/iPod/iPad) аккумуляторы

Ford, Honda (Ni-MH) Volkswagen (ЛИА)

С 2010 г. накопители электроэнергии для бытовых нужд

Samsung SDI 1,9 Наибольший рост на рынкеПризматические для моб. телефонов, цилиндрические для ноутбуков

С 2008 г. совместное предприятие SB LiMotive с BoschBMW

На ранней стадии разработки.

BYD 0,7 Призматические аккумуляторы для мобильных устройств

Электромобили собственного производства

Батареи того же типа, что и для транспорта. Основной сегмент - солнечная и ветреная энергетика.

LG Chem 1,3 Цилиндрические аккумуляторы для ноутбуков Dell, Asus, HP.Призматических для мобильных устройств LGE, Nokia, Sony Ericsson, и Motorola

Лидер в производства траспортных батарей. ЛИА для Hyundai Avante (и Sonata в США). Производство ЛИА для Chevy Volt (GM).

—

GS Yuasa 0,1

—

Совместное предприятие c Mitsubishi ( Lithium Energy Japan) и Honda ( Blue Energy). —

Источник: J.P. Morgan Rechargeable Batteries, May 2011

Стр. 20

Текущая и прогнозируемая оценка капит. стоимости ЛИА ($/кВт∙ч)*

Source: *J.P. Morgan Rechargeable Batteries, May 2011 McKinsey, Battery technology charges ahead July 2012 LuxResearch, Grid Storage Battery Cost Breakdown June 2012

Компания Настоящий момент 2012 -13 гг 2015 Страна

GS Yuasa 1300 600-650 Япония

AESC 1300 650 300 Япония

Sanyo 1000 300 Япония

LG Chem 900-1000 Корея

BAK 400 200 Китай

BYD 500 200-300 Китай

Прогнозы аналитических служб:С ростом производства ЛИА ожидается резкое снижение стоимости McKinsey : стоимость ЛИА для транспорта снизится с текущей $600 кВт/ч до $160 кВт/ч в 2025 г. LuxResearch: стоимость ЛИА для накопителей энергий $1120 кВт/ч до $506 кВт/ч в 2022 г.

Стр. 21

LMS NMC LFP LCO

Sanyo (Япония) EV/ HEV

ESS

GS Yuasa (Япония) EV HEV

AESC (Япония) EV

LG Chem (Корея) EV ESS

BYD (Китай) EV/ ESS

BAK (Китай) EV/ESS

Lishen (Китай) EV

• EV - электромобиль • HEV - гибридный

электромобиль

• ESS - энергетика

Ведущие компании: использование различных ЛИА технологий

Тип Катодный материал

LMS Манганат лития(LiMnO2)

NMC Оксиды никель-марганца-кобальта

LFP Литий-железо-фосфат

LCO Кобальтат лития

Стр. 22

Рынок ЛИА: портативная электроника

Источник: Advanced Batteries for Portable Power Applications, Pike Research , 2Q 2011

2010 2011 2012 2013 2014 2015229 245.1 262.6 281.3 297.8 315.4

1735.2 1809.8 1886.4 1965.3 2039.2 2114.4

8119.7

9665.19999999996

11371.3

13046.7

14716.7

16478.3999999999

Рынок аккумуляторов портативной электроники в 2012-2015 в денежном выражении, млн. долл.

Кислотные (Pb-H2SO4) Щелочные (NiCd, NiMH) Литий-ион

Кислотные (Pb-H2SO4)

Щелочные (NiCd, NiMH)

Литий-ион

6.64.0

15.2

Cовокупные темпы годового роста, CAGR % 2010-15 гг.

Стр. 23

Рынок ЛИА: транспортный сегмент

Источник: Frost&Sull., 2010

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 201751.1 96.9 501.8

1221.62137.1

3512.2

5434.2

7566.9

10487.3

12845.4

доходдоход

Прогноз роста рынка ЛИА в транспортном сегменте (электромобили) в 2008-2017 гг. в денежном выражении, млн. долл

Стр. 24

Рынок ЛИА: транспортный сегмент

Источник: Lux Research: Every Last Drop: Micro- And Mild Hybrids Drive a Huge Market for Fuel-Efficient Vehicles, 2011

Прогнозируемый объем продаж гибридного транспорта с использованием разного типа источника энергии

EFB - enhanced flood battery AMG - absorbed glass battery

Стр. 25

Рынок ЛИА: компании-лидеры в транспортном сегменте, 2009 год

Источник: Frost&Sull., 2010

LG Chem18%

AESC16%

Panasonic11%

A1239%SB LiMotive

5%

Others41%

Стр. 26

Рынок ЛИА: компании-лидеры в транспортном сегменте, прогноз на 2015 год

AESC/NEC (Япония); 26

LG Chem (Корея); 18

Panasonic/Sanyo (Япония); 15

A123 (США/

Китай); 14

12 Chinese LIB-Manufact. Comb,; 8

SM LiMotive (Корея); 6

GS Yasa (Япония); 2

Hitachi (Япония); 2 Другие; 9

Source: Roland Berger – Strategic Consultants

Прогноз на 2015

AESC - активные продажи первых массовых выпускаемых (план 40 000 в 2012 г.) BEV Nissan Leaf с батареей 24 кВт·ч

LG Chem - массовый выпуск PHEV Chevrolet Volt (план 45 000 в 2012 г.) с батареей 16 кВт∙ч

Объем пр-ва, млн. Ач

Запланирован.запуск пр-ва, год

Расположение заводов

Партнер автопроизводитель

AESC (NEC/Nissan)

1350 2013 Smyrna, Tennessee

Nissan

LG Chem 270 2013 Holland, Michigan

GM, Ford, Eaton, Volvo,Hyundai

A123 200 2011 Livonia, Michigan

Fisker

SB LiMotive 1100 2015 Ulsan, Korea Chrysler, BMW

Источник: Small Batteries, Big Sales: The Unlikely Winners in the Electric Vehicle Market, 2011

Стр. 27

Рынок ЛИА: сетевые накопители энергии

2006 2007 2008 2009 2010 20110

200

400

600

800

1000

1200

1400

Текущий объем рынка крупных накопителей энергий в денежном эквиваленте, млн. долл.

Проточные батареи (flow batt.) Маховики (flywheel)Pb-углерод гибр. акк-ры Литий-ионНатриевые аккумуляторы

Стр. 28

Литий-ионные аккумуляторы: анализ технологической цепочки

и сырьевой базы

Стр. 29

Анализ технологической цепочки )

Сырье

• SQM, Rockwood (Chemetall), Qinqhai CITIC, Admiralty Resources

Компоненты

• Cathode Material: Toda Kogyo, Umicore, Nichia ( 61%), Nippon Chemical, Mitsubishi Chemical, 3M

• Anode Material: Hitachi Chemical, JFE Chemical, Nippon Carbon (60%), Kureha, Mitsubishi Chemical, 3M

• Separator: Tonen, Celgard, Asahi Kasei, Ube Chemical, Sumitomo (80%), Mitsubishi Chemical

• Electrolyte: Panax, Ube, Mitsubishi Chemical (65%), Novolyte, Silatronix

Ячейки

• China BAK, E-One Moli, Dow Kokam, Boston-Power

Saft (utilities), Bosch (LiMotive), Tianjin Lishen (Lio), Ultralife

Panasonic/Sanyo (PEVE), NEC (AESC), GS Yuasa (Lithium Energy Japan and Blue Energy), Hitachi (subsidiaries, LG Chem (CPI), SK Energy, Samsung SDI (SB LiMotive), Saft (CI-Saft), A123Systems, Valence, EnerDel

Toyota (PEVE), Nissan (AESC), Mitsubishi (Lithium Energy Japan), Honda (Blue Energy), Coda Lio), Advanced Battery Technologies

Tesla, GM

BYD

Источник: Lux Research Report Searching for Innovations to Cut Li-ion Battery Costs, March 2012Roland Berger The Li-Ion Battery Value Chain –Trends and implications, 2011

Стр. 30

Сырье:распределение ресурсов лития

Источник: P.Keith Geologist and Industrial Minerals Expert

Источник лития Стоимость

Рассолы из сильносоленных озер (солончаки)

Самый дешевый способ

Силикатные руды (сподумен, лепидолит)

Высокая экологическая стоимость

Другие источники (пегматитовые руды)

• Литий — ключевой

элемент в производстве

аккумуляторов, спрос на

которые постоянно

растёт.

• С 2004 по 2012 год

цена тонны карбоната

лития Li2CO3 на

мировом рынке выросла

с $2500 до $6000.

Стр. 31

Компоненты: ключевые компоненты ячейки

Катод22%

Анод7%

Электролит

7%Сепаратор

9%

Произв. издержки

50%

Другое5%

Структура стоимости батареи

Стр. 32

Тип Катод/анод

Производители Мощность Энергия Безопасность

Срок работы

Стоимость

LCO LiCO2/графит

Panasonic/Sanyo (Япония), Samsung SDI, LG Chem (Корея), BYD (Китай) Good Good Low Low Low

LMO LiMn2O4 / графит, Li4Ti5O12)

EnerDel (США), LG Chem (Корея), GS Yuasa, NEC, Nippon и Mitsubishi Chem(все -Япония)

Mod Good Mod Mod Mod

LFP LiFePO4 / графит

Lithium Tech. Corp., A123 (все США), Valence Tech (США), BYD(Китай), SAFT (Франция)

Mod Mod Good Good Good Good

NCA Li(Ni1-x-yCoxAly)O2/графит

SAFT (Франция), Lithium Tech. Corp., Toda (США), Panasonic, Toyota (все Япония)

Good Good Low Good Mod

NMC Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 / графит

Mistsubishi Chem, Panasonic, NEC, Nichia (Япония, DowKokam, 3M (США)

Mod Mod Good Low Good Mod

Компоненты: электродные материалы

Источник: GSIC, http://www.gcis.com.cn/china/Li-ion's%20Share%20of%20the%20Market.htm

Стр. 33

Компоненты: катодные материалы

Текущий спрос и прогноз (2009~2015)

http://www.sneresearch.com/eng/service/report_show.php?id=710&sub_cat=2SNE Research 2011

• В денежном выражении объем рынка катодного материала составил $1066 млн. в 2009 и вырос на 12,8% в 2010 г., составив $1202 млн.

• Наибольший рост наблюдался для NCA (149%), 153% для LMO и 45% для NCM. Однако, LCO пока составляет большую часть рынка 71.5% в 2009 и 57.6% в 2010.

LFP

Стр. 34

Перспективные катодные материалы нового поколения

Материал Разработчики НедостаткиLayered-layeredСлоистые xLi2MnO3•(1-x)LiMO2

ANL, BASF, Toda Kogyo, LG Chem, Envia Systems

Плохая циклируемость, падение мощности при разрядке, неустойчив к электролиту, выделение кислорода.

Lithium vanadium phosphate (LVP)Литий ванадия фосфат

Valence Technologies, GS Yuasa

Малая емкость, уменьшение емкости при циклируемости, сложность производства, деградация электролита

Lithium manganese iron phosphate (LFMP)Литий марганец фосфат

Phostech, Showa Denko Выделение кислорода, малая скорость зарядки, плохая производительность при низких температурах, неустойчив к электролиту

Nickel-manganese spinel Никель марганец шпинель

ETV Motors, Lawrence Berkeley National Laboratory

Низкая энергоемкость, неустойчив к электролиту.

Источник: Lux Research Report Searching for Innovations to Cut Li-ion Battery Costs, March 2012

Стр. 35

Компоненты: анодные материалы

Источник:http://www.sneresearch.com/eng/service/report_show.php?id=711&sub_cat= , SNE Research, 2010

Текущий объем и прогноз рынка производства анодных материалов (2009~2014) в тоннах

Материал Особенности Компании-производители

Распространение

Графит Пористость и размеры частиц влияют на емкость и производительность.

Mitsubishi Chemical(Япония), Hitachi Chemical(Япония), JFE Chemical (Япония), Kureha (Япония) и Showa Denko(Япония)

Наиболее распространенный материал для всех типов ЛИА.

Лития титанант Хорошие ресурсные характеристики (циклируемость, срок службы), но низкое рабочее напряжение (2-2,5 В) и удельная энергоемкость.

Altair Nanotechnologies, DowKokam (все -США)

Малый объем на рынкеПотенциал роста

Следующее поколение: оловянные и кремниевые аноды

высокая энергоемкость, но ограниченный срок службы и высокая стоимость

Panasonic , Mitsui Sony (все-Япония), Conoco Philips (США), 3M (США

На стадии НИОКР

Стр. 36

Компоненты: электролиты

Источник: http://www.sneresearch.com/eng/info/show.php?c_id=4899&pg=9&s_sort=&sub_cat=&s_type=&s_word=

Стр. 37

Компоненты: электролиты

Ведущие производители электролита, 2009 год

Структура стоимости электролита

Соли лития40%

Орг. растворитель

30%

Другие расходы

30%

Источник: http://www.sneresearch.com/eng/info/show.php?c_id=4899&pg=9&s_sort=&sub_cat=&s_type=&s_word=

Стр. 38

Компоненты: сепараторы

Материал Особенности Компании-производители

Распространение

одно-, многослойные пленки из полипропилена или полиэтилена

Должны предотвращать от короткого замыкания, занимать меньший объем, пропускать ионы лития.

Производители - Asahi Kasei (Япония), Ube(Япония), and Celgard(США), Tonen (США), SK Innovation (Корея),

Наиболее распространенный материал для всех типов ЛИА.

пленки, покрытые керамическим слоем оксида алюминия

LG Chem, SK Innovation, and Evonik

На стадии НИОКР

нанопористый нетканный материал

Dupont и DreamWeaver

Ведущие производители сепараторов, 2010 год

Дорожная карта ЛИА

Тип Катодный материал

LMO Манганат лития(LiMnO2)

NMC Оксиды никель-марганца-кобальта

LFP Литий-железо-фосфат

NCA Оксиды никеля кобальта-алюминия

ЛИОТЕХ в ряду производителей ЛИА

Стр. 41

Компании в области производства ЛИА по LFP технологииA123 Systems* Lithium Tech Corp/

(GAIA)Лиотех (Thunder Sky)

SAFT Valence Technology**

Описание LFP ,батареи для EV, HEV (Daimer, Fisker, BMW, GM) Реструктуризация долгов за счет китайских инвестиций Wanxiang Group $450M

LFP и NCA батареи для EV, ESS

LFP батареи для транспортного и энергетического сегмента

Гальванические батареи, аккумуляторы для военных целей, резервное энергообеспечение (литиевые, никилевые и др.)

Технология литий-железо фосфата и литий-железо-магния-фосфата для зарядных устройств.

Регион США/Китай Германия/США РФ Франция США

Доход Нет - Нет Да Нет.

Рыноч. стоимость €73,57M (aug 2012) €24,39 M (aug 2012) €493M (aug 2012) €3.4 M

Число работников 1 983 72 4000 340

Ключевые характеристикиПример продукции AMP20 Cell for xEV

(2011)HP 602030 LFP (2012) with safe sturdy casting

LT-LYP 240* for xEV, ESS

VL 45E Fe (2010) for portable devices

U27-36XP portable

Уд. Энергия, Втч/кг 131 84 90 155 91

Циклы 3 000 (DOD 90%) 2 000 (DOD > 60%) 3 000 (DOD 80%) TBD 2800 (DOD 100%)

Температура, С -30°C to +55°C -15 to +60°C -20 to +40°C -40 to +55°C

Стоимость, $/кВтч $ 700 (оценочная ст-ть по продажам и поставкам)

- 300 $ / кВтч> $400 $ / кВтч (продажа)

Производственная мощность, млн Ач

до 200 млн Ач tbd 430 млн Ач (план на 2015 г.), 60 млн Ач (на 2012 г.)

tbd До 75 млн Ач/год

* Компания находится в предбанкротном состоянии, см. приложение **12 июля 2012, Valence Technology заявило о банкротстве

Стр. 42

Поставки ЛИА в транспортном сегменте

Стр. 43

Лиотех

Мобэл - инжинирин

говая компания, разрабаты

вающая продукты на ЛИА

«Лиотех»

Электробус Тролза 5250 «Экобус» («Тролза»)

Прототипы на базе ЛиАЗ 5292 и ПАЗ 3237 (ГАЗ)

Электробус (Нефаз/Ка

маз)

Схема реализации ЛИА Лиотеха в транспортном сегменте

95.6

245.1

2.5

МОБЭЛ млн. А*чЭкспорт млн. А*чПрочие покупатели в РФ млн. А*ч

3,608

8,143

93

МОБЭЛ млн. руб.Экспорт млн. руб.

Планы продаж на 2012 год

Стр. 44

Каким должна быть батарея для электромобилей? USABC* целевые показатели для начала

коммерциализации

* USABC - United States Advanced Battery Consortium

Источник: USABC Goals for Advanced Batteries for Evs, USCar.org 2006http://gigaom.com/cleantech/the-battery-performance-deficit-disorder/Лиотех , http://www.liotech.ru/products

Удельная энергия - С/3, кВтч/кг (150)

Мощность по объему, Вт/л (460)

Энергия по объему -С/3, Втч/л (230)

Цикличность - 80% DOD (1000)Срок работы, лет (10)

Цена 25 000 шт. @ 40 кВтч, $/кВтч (150)

Температурный режим, ºC (-40 до 50)

0

100

200

USABC EV GoalsthunderskyChevVolt

USABC* целевые показатели для начала коммерциализации

Барьеры Решения

Высокая стоимость Переход на дешевые электродные материалы. Снижение себестоимости за счет увеличения массового производства.

Узкий температурный режим работы Разработка и испытания новых материалов для ключевых компонентов ячейки: электролита, сепаратора, электродных материалов.Низкие энергетические характеристики

Недостаточный срок работы Оптимизация системы контроля управления аккумуляторов (Battery Management System)

Стр. 45

Выводы - I

1. В ряду выпускаемых аккумуляторов разных типов у литий-ионных аккумуляторов есть преимущества (см. слайд 11) по энергии, мощности, безопасности и ресурсным показателям. Единственный недостаток - высокая стоимость.

2. В денежном отношении по темпу совокупного годового роста (CAGR) рынок литий-ионных аккумуляторов является самым быстрорастущим. По абсолютному значению уступает только кислотно-свинцовым аккумуляторам (см. слайд 13).

3. Потенциальными областями распространения рынка литий-ионных аккумуляторов являются транспортный и энергетический сегменты (см. слайд 16, 17).

4. Основное производство литий-ионных аккумуляторов сосредоточено в трех странах Юго-Восточной Азии (Япония, Корея, Китай), см. слайд 18.

Стр. 46

Выводы - II

5. В самом сегменте литий-ионных аккумуляторов технология литий-железо фосфатных катодов является перспективной с точки зрения энергии, безопасности, ресурсных характеристик и стоимости, см. слайд 31.

6. Среди производителей литий-ионных аккумуляторов продукция компании ЛИОТЕХ находится на мировом уровне («не лучше, не хуже»), см. слайд 40, Приложение 1.

7. Все поставки литий-ионных аккумулторов распределены между производителями аккумуляторов и крупными компаниями автопрома (см. слайд 41). Проникновение продукции Лиотех на мировой рынок транспортных аккумуляторов имеет определенные барьеры из-за отсутствия постоянного партнера.

Стр. 47

8. Текущие характеристики литий-ионных аккумуляторов не соответствуют минимальным требованиям к аккумуляторам для полных электромобилей, см. слайд 43. Основными технологическими барьерами для начала успешной коммерциализации являются высокая стоимость, низкие энергетические и ресурсные характеристики, а также отсутствие соответствующей инфраструктуры технической поддержки.

9. На данный момент возможные области распространения продукции Лиотех:

- замена кислотно-свинцовых и щелочных аккумуляторов в источниках бесперебойного питания, грузоподъемных механизмах и т.п.

- дополнительные источники питания для гибридного электротранспорта (троллейбусы, электробусы, поезда метро и т.д.).

Выводы - III

Стр. 48

Приложение I. Технология Лиотех - Winston Battery (Yet- Ming Chiang “Winston”)

SkyEnergy(CALB) Winston Battery Sinopoly Лиотех Название батареи SE180AHA LPF200AH SP-LFP200AhA LT-LYP 240*

Dimension (LSH) 182*71*283mm tbd tbd 163*117*337 mm

Cell Weight (g)5600 9000 5790

8600

Cell Capacity (minimum, Ah) 180 260 200

240

Energy Content (nominal, Wh) 640 768Voltage (nominal, V) 3.2 3,2 3.2 3,2Specific Energy (nominal, Wh/kg) 116 92 110 90Operating Temperature 0 to 55 -25 to 75

Tbd-40°C to 50°C (разряд)

Cycle3000 (DOD 70%) 4000 (DOD 70%) 3000 (DOD 70%) 3000

Cost470 $/kWh (продажа)

$300 / kWh (approx. capital cost)

• Winston Chiung (founder of Thundersky) sold Thundersky to Sinopoly (HK); then Winston Chung reopened it as Winston Battery and Sinopoly sued Winston

• Although touted as Thundersky, the black Sinopoly cells are not the same: they are plain LiFePO4 (3.6 V max), not LiFeYPO4 (4.0 V max)

• ThunderSky is spin off SkyEnergy (now CALB), "Zhejiang GBS Energy Co" (See Elite Power), and Winston battery

Стр. 49

1998 основан ThunderSky (Thunder Sky Green Power Source (Shenzhen) Limited 1999 батарея емкостью 200 Ач2001 батарея емкость. 400 Ач2002 батарея емкостью 700 Ач2003 батарея емкостью 1000 Ач2006 создание Liaoyuan Sinopoly Battery по технологии ThunderSky2007 создание Zhejiang GBS Energy Co по технологии ThunderSky2008 создание Sky Energy Sources Co по технологии ThunderSky2009 создание Лиотех по технологии ThunderSkyIn 2010, JIA SHENG HOLDINGS (00729HK) bought the exclusive use right (the use time was from May 25th, 2010 to May 25th, 2012) of Thunder Sky trademark and 15 patents of lithium ion battery technology

Приложение I: История Thunder Sky

Стр. 50

Приложение 2: компания System A123

Компания была образована в 2001 году. Коммерциализация технологии Nanophosphate® , разработанной в MIT. В 2006 году начались первые коммерческие продажи. В 2009 году стала публичной. Первоначальная цена акции составляла 17 долл, на сегодня составляет 0,3 долл.

Стр. 51

• Компания производит ЛИА для трех сегментов: транспортный (Nanophosphate® AMP20M1HD-A, Nanophosphate® AHR32113M1Ultra-B), энергетика (Nanophosphate® ANR26650M1-B) и портативная электроника (Nanophosphate® APR18650M1-A).

• Компания имеет заводы общей площадью 840 000 кв. метров на территориях

Китая, Кореи, США (Livonia, Michigan; Romulus, Michigan; Hopkinton, Massachusetts and Westborough). Потенциальный объем производства 650 МВтч в год, что примерно составляет 197 МАч/год.

• Технология – нанокомпозиционный катодный материал углерод – LiFePO4. Технические характеристики у ячейки лучше, чем у Лиотеха по энергоемкости и скорее всего, мощности. Высокая удельная мощность и длительная работа – основные достоинства батареи A123.

Лиотех A123

Уд. Энергия, Вт.ч/кг ок.90 ок.130

Уд. Мощность, В/кг Не определена 2400

Стр. 52

• Реальные поставки (источник, здесь и далее – официальные пресс-релизы компании):

Стр. 53

• Компания постоянно терпит убытки. • Первый квартал 2012 года потери составили $125 млн.

Против $54 млн. за первый квартал 2011 года. Доходы 1 Q 2012 составили $ 11M против $18M за 1Q 2011.

Стр. 54

• Компания получает доход от продаж в трех сегментах (transpotation, grid, commercial). Основной сегмент – транспортный.

Стр. 55

• Убытки связаны с недооцененными технологическими рисками при масштабировании производства.

Например, в сентябре 2010 году был открыт новый завод в Livonia Mich. USA, 1000 рабочих мест, крупнейший завод в Сев. Америке. (http://ir.a123systems.com/releasedetail.cfm?ReleaseID=506787 A123 Systems Opens the Largest Lithium Ion Automotive Battery Manufacturing Plant in North America). Основная продукция – призматические батареи для транспортного сегмента. Открытие завода позволило бы компании расширить объем производства до 500 МВтч/год. В начале 2012 гоода компания был вынуждена поменять дефектные призматические батареи и модули, произведенные на заводе в Ливонии для электрокаров Fisker Karma. Убыток составил около 55 млн. долл. плюс 15 млн. долл. на замену батарей.(http://www.bloomberg.com/news/2012-03-26/a123-replacing-defective-batteries-that-led-to-fisker-shutdown.html ). Октябрь 2011, проблемы с герметичностью модулей батарей. В 2010 году было приостановлено производство призматических батарей вследствие рекламации потребителя. Убытки составило 67 млн. долл. (http://www.reuters.com/article/2012/05/11/us-a-idUSBRE84A0QU20120511)

Стр. 56

• Компании требуется больше инвестиций для выхода на рынок, при этом у компании остается высокая задолженность. На конец прошлого года она составила 183 млн. долларов. Компания постоянно находится под угрозой банкротства.

• Компания зависит от правительственных грантов DOE Battert initiative grant.

• Уровень продаж ЛИА в транспортном сегменте зависит от цен бензин. В настоящее время цены на них сравнительно низкие и невыгодны для производителей ЛИА.

• Конкуренты компании обладают большими финансовыми и рыночными ресурсами. Сравни союзы JV: Bosch и Samsung = SB LiMotive, Dow Chemical и Kokam America = Dow Kokam, NEC Corporation и Nissan, Sanyo и Volkswagen, Saft и Xtreme Power, LG Chem и Compact Power. Китайские компании – BYD, BAK Battery.

Стр. 57

• Такие компания могут продавать продукцию по более низким ценам для входа на рынок.

• Основные клиенты System A123 – крупнейшие компании автопроизводители. Они могут легко поменять поставщика, или отказаться от идеи развивать производство HEV, PHEV и EV машин.

• Ключевой клиент Fisker. A123 является акционером этой компании. Неудача выхода на рынок в 2012 году модели электрокара (Karma, провал тестовой программы Consumer Tests) привело к сокращению производства и персонала A123. Более того, компания вынуждена продавать Fisker батареи по гораздо низкой цене от себестоимости («A123 spends $1.57 for every $1 in revenue it gets from sales to Fisker») .(http://www.technologyreview.com/news/427991/what-happened-to-a123/).

• По оценкам производство сможет приносить прибыль только тогда, когда объем продаж моделей для электрокаров составит 50 000 в год, что в 10 раз больше текущей цифры.

Стр. 58

• Компания A123, чтобы как-то изменить сложившуюся финансовую ситуацию, готова в обмен на инвестиции в $450 mln. , продать китайцам 80 процентов компании (http://gigaom.com/cleantech/chinese-auto-firm-wanxiang-swoops-in-to-rescue-own-a123/). См. также пресс-релиз компании от 9 авгутса 2012 года, http://www.a123systems.com/791ab5fb-fadc-45a3-9531-93c0f4e76a8e/media-room-2012-press-releases-detail.htm

• Инвестором является крупнейшая китайская компания Wanxiang Qianchao Co. ($13 млрд. дохода в год, 45,000 работников), специализирующаяся на производстве разных компонентов для автомобилей

Стр. 59

Приложение3: Выпускаемые катодные материалы в ЛИА

В качестве материала для положительного электрода в ЛИА применяются в основном литированные оксиды переходных металлов.

Кобальтат лития (LiCoO2) , LCO - материал с самой высокой плотностью энергией (180-210 Вт·ч/кг). Основной электродный материал для ЛИА в электронике (Panasonic/Sanyo (Япония), Samsung SDI (Корея), BYD (Китай). Не подходит для транспорта из-за сравнительно низких ресурсных характеристик (циклируемость, срок службы), термической нестабильности и высокой стоимости.

Манганат лития(LiMnO2) структурой шпинель, (LMO/LMS) - термически стабильный, недорогой. Основные проблемы связаны с коротким сроком службы, нестабильностью в электролитном растворе (производители - LG Chem (Корея), GS Yuasa (Япония), NEC (Япония) и Mitsubishi Chemical (Япония)).

Литий-железо-фосфат (LiFePO4) структурой оливин, (LFP) - более стабильный чем LCO, однако обладает низкими показателями рабочего напряжения и плотностью энергии. Для преодоления таких барьеров материал должен быть представлен в виде наночастиц (улучшение диффузии лития), покрытых проводящим углеродом (улучшение элнетронной проводимости), допирован другими металлами (производители - A123Systems (США), Valence Technology (США) и BYD(Китай)).

Литированные смешанные оксиды металлов со слоистой структурой, никель-марганец-кобальт (NMC) и никель-кобальт-алюминий (NCA). Некий компромисс между LCO с высокой плотностью энергии и дешевыми, безопасными в эксплуатации LMO/LMS и LFP. (производители - Panasonic(Япония), Saft (Франция) и Nichia (Япония), 3M (США)).

Стр. 60

Электролит включает производство:• литиевые соли (LiPF6) - Morita Chemical, Kanto Denka и Stella

Chemia (все - Япония), Husung (Корея) и 3M (соль LiTFSI, США)• органические растворители (этиленкарбонат, пропиленкарбонат,

диметилкарбонат) - Ube Industrial, Mitsubishi Chemical, Tomitama Pure Chemical (все- Япония), Panax E-tec, Techno Semichem (все - Корея)

• добавки для образования электродных пленок в виде винилен-карбоната, винилэтилен-карбоната, аллилэтил-карбоната и др., для предотвращения перезарядки (дифенил) - Mitsubishi Chemical (Япония), Solvay Chemical (Бельгия), Husung (Корея)

• антипиреновые добавки в виде фторированных соединений на стадии разработок - Daikin Industry (Япония), Tokyo Gosei (Япония), 3M (США)

70% рынка занимают корейские и японские компании

Приложение4: Компоненты - электролиты

http://www.sneresearch.com/eng/service/report_show.php?id=775&sub_cat=2 http://www.sneresearch.com/eng/info/show.php?c_id=4899&pg=9&s_sort=&sub_cat=&s_type=&s_word= SNE Research 2012

Стр. 61

Приложение5: Прогноз снижения стоимости ЛИА при росте производства

Стр. 62

Приложение 6: Аккумуляторы свинцово-кислотные

Тип свинцового аккумулятора

Транспортное применение

Компании

Flooded lead acid (FLA) Starting, lighting, and ignition in standard ICE vehicles

Johnson Controls, Exide Battery, GS Yuasa, Furukawa Battery, Banner Batterien, East Penn Manufacturing

Enhanced Flooded Battery (EFB)

Light-micro, medium-micro Johnson Controls, Exide Battery, GS Yuasa

Valve Regulated Lead-acid (VRLA), Absorbed Glass Mat (AGM) Type

Medium-micro, heavy-micro Johnson Controls, Exide Battery, Furukawa Battery, Banner Batterien, East Penn Manufacturing

Стр. 63

Auto OEM Type Micro-hybrid Models

Micro-hybrid Type; Storage Used

Partners/suppliers

BMW/Mini Micro-hybrids EfficientDynamics: Mini Cooper, BMW 1,3,6, M series Medium-micro; AGM Bosch, Johnson Controls,

Exide Battery

Fiat Micro-hybrids 500 Start&Stop Light-micro; EFB Bosch, Johnson Controls

Ford Micro-hybrids ECOnetic: Focus (with and without start-stop), Fiesta

Medium-micro; FLA (without start-stop)EFB (with start-stop) Johnson Controls

GM (Opel/Vauxhaul) Micro-hybridsMany EcoFLEX models including Corsa, Agila and Astra

Medium-micro; AGM Johnson Controls

Mercedes/Smart Micro-hybridsBlueEfficiency ECO: A, B, C, S and CLS-Class, Smart ForTwo pulse, passion, cabrio passion

Medium-micro; AGM Valeo, Johnson Controls

PSA (Peugeot/ Citroën ) Micro-hybrids eHDI: Citroën C5, Citroën C4, C4 Picasso, C3,

Heavy-micro; AGM + ultracapacitors

Valeo, Continental, Maxwell Technologies

Toyota/Lexus Micro-hybrids Optimal Drive: Yaris, iQ Light-micro; EFB Johnson Controls, Exide Battery

Volkswagen/Audi Micro-hybrids Many BlueMotion models including Golf and Polo Medium-micro; AGM Johnson Controls

Mazda iELOOP Micro-hybridNo model announced;Expected in Mazda3

Heavy-micro; Lead-acid (unknown) + ultracapacitor Unknown