Review of some materials for lithium ion battery manufacturing. LCO, NCM, LFP, Si/SiO, Electrolyte additives. Market of materials. Обзор основных материалов, использующихся при изготовлении литий-ионных аккумуляторов. Рынок. Калькуляция стоимости литий-ионных аккумуляторов для различных применений

1. Обзор современных материалов для производства литий-
ионных аккумуляторов
Ю.М. Коштял, В.В. Жданов
27-я Международная специализированная выставка "Автономные источники тока«
Москва, 22.03.2018
E-mail: v_zhdanov@list.ru
194021 г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая 26
1

2. Схема литий-ионного аккумулятора типоразмера 18650
2
Изоляция

3. Структура стоимости литий-ионного аккумулятора
Катод
Связующее
Al-фольга
Пров. доб.
Анод
Связующее
Cu-фольга
Электролит
Сепаратор
Прочие:
корпусит.д.
3С, 4,4Ач
LCO/Gr
3С, 3,2Ач
LCO/Gr
3С/BEV,
3,2Ач
NCA/Gr
38,2 00…10,4 0
4,
44,7
16,823,8
54,8 2,4 1…13,7
3,
5
6,811,3
5,7
49,1
00,9
16,4
0
4,
5
8,113,5
6,6
3

4. Структура стоимости материалов литий-ионного аккумулятора
Катод
Связующее
Al-фольга
Пров. доб.
Анод
Связующее
Cu-фольга
Электролит
Сепаратор
Прочие:
корпусит.д.
BEV 50Ач
LMO+NMC/
NG+AG
BEV 20Ач
LMO/
LTO
PHEV 15Ач
LMO+NCM/
Gr+HC
PHEV 20Ач
NCM/
NG+SC
HEV 5Ач
NCA/
NG
HEV 4,2Ач
LMO+NCA/
HC
35,8
3,
7
01…10,0 0
3,
7
12,2 12,220,435,8
3,
7
01…10,0 0
3,
7
12,2 12,220,4
24,5 2,4 0
4,7
13,3
4,6
12,8 9,327,5
26,3
4,1
01…9,9 1,6
6,0
17,918,8 13,5
32,3 2…
0
1…
7,5 0
4,2
10,013,627,8
20,9
2…
2…
5,29,6
5,6
23,929,4
16,5
2…
3,4
10,8
1
11,7 8,418,626,1 4

5. Средняя стоимость основных материалов ЛИА
Катод LCO LFP LMO NCA NCM
Цена, $/кг 25-32 12-22 6-20 35-45 18-30
Пров. д-ка AC/CB Graphite VGCF
Цена, $/кг 2-5 30 НД
Связующее PVDF
Цена, $/кг 20-30
Al фольга
Цена, $/кг 6,5-8
Анод NG AG HC SC Si/SiO LTO
Цена, $/кг 2,9-9 8-18 21-25 4-11 42-130 24-55
Связующее SBR/CMC PVDF
Цена, $/кг 20-36 20-30
Cu, фольга
Цена, $/кг 13-15
Сепаратор PE PE+покр. PP+покр. PP/PE/PP PP/PE/PP покр. Целл.
Цена, $/м2 1,5-3 1,2
Электролит
Цена, $/кг 9-20 5

6. Мировой рынок катодных материалов (2015 г)
М-л тонны
LCO 64690
NCM 47980
LMO 16840
NCA 13400
LFP 10270
153180
Построено по данным B3 2015/02
42,2
31,3
11,0 8,7 6,7
6

7. Катодные материалы.
литированный оксид кобальта
(LiCoO2)
Материал Б
Материал А
Построено на основании презентаций
компании Umicore
CIBF2012, CIBF2014, Shenzhen.
ITRI IEK 2015
2015/04/22
Second International forum on Cathode & Anode
materials for Advanced Batteries
Материал Б: контроль
побочных реакций
Материал А: Ионный
проводник
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
500 550 600 650 700
Объёмнаяудельнаяэнергиям-лаВтч/л
Массовая удельная энергия м-ла, Втч/кг
KD10
2002
4,20В
100%
KD20S
2007
4,35В
94%
UX20P
2011
4,35В
91%
XD20
2012
4,40В
89%
марка
Год
Напряжение
ст-ть Втч отн. KD10
7

8. Катодные материалы.
Литированные оксиды никеля-кобальта-марганца.
Увеличение содержания никеля.
Влияние содержания никеля в составе
переходных металлов на разрядную ёмкость
при циклировании
Ecopro, Sneresearch (KABC2013)
Изменение плотности электрода в
зависимости от состава катодного
материала (LCO, NCA, NCM (6:2:2),
(5:2:3) и давления при
каландрировании. BASF CIBF2016
8

9. Литированный оксид никеля-кобальта-марганца с заданным
профилем концентраций элементов (CSG) – ↑ресурс, ↑безопасность
На основании данных:
Ecopro Sneresearch (KABC2013),
3M (DOE 2015)
9

10. Литированный оксид никеля-кобальта-марганца для мощных и
энергоёмких ЛИА
D50=5-10 мкм
Нп=1,8-2,3 г/см3
D50>10 мкм
Нп=2,4-2,8 г/см3
10
NCMдлямощныхЛИАNCMдляэнергоёмкихЛИА

11. Катодные материалы.
Литированный фосфат железа, литированный фосфат марганца-
железа
Предложения на рынке
Johnson Matthey: P2, P2S, LiMn0,66Fe0,34PO4
Aleees: LiFePO4·zTiO2(/C), LiFePO4·zV2O3(/C)
Tatung: LiFePO4/C – стержни.
Hanwha: LiFePO4/CNT
11
P1P2

12. Мировой рынок анодных материалов (2015 г)
М-л тонны
NG 38200
AG 24250
MCMB 9660
HC/SC 1155
LTO 135
Si/SiO 95
SnCoTi 80
Итого 73575
Построено по данным B3 2015/02
33,0
13,151,9
1,6
0
0
12

13. Концепция анодного материала на основе композита графит-
кремний компании Hitachi Maxell
Hitachi Maxell ICP494261ZR
Hitachi Review Vol. 60 (2011), No. 1
Добавляют 10% материала
В пересчёте на кремний 1-2 вес.%
Компании предлагающие анодные
материалы, содержащие кремний:
3M,
BTR
Shanshan,
Shin-Etsu 13

14. Компоненты электролитов выпускаемых промышленностью
Основные ком-ты Функц-е добавки Функц-е добавки
EC 96-49-1 AND 111-69-3 TTFP 370-69-4
PC 108-32-7 BP 92-52-4 VA 108-05-4
DMC 616-38-6 CHB 827-52-1 VC 872-36-6
DEC 105-58-8 DBDMB 7323-63-9 Соли
EA 141-78-6 DEPA 867-13-0 LiBOB 244761-29-3
EMC 623-53-0 DTD 1072-53-3 LiDFBP 409071-16-5
EP 623-47-2 FB 462-06-6 LIFSI 171611-11-3
Соль FEC 114435-02-8 LiPO2F2 24389-25-1
LiPF6 21324-40-3 H-TP 61788-32-7 LiTFSI 90076-65-6
oTPh 84-15-1
PES 21806-61-1
PMS 16156-58-4
PS 1120-71-4
SN (SCN) 110-61-2
TAB 2049-95-8
TEP 78-40-0
TMSB 10497-05-9 14

15. Сепараторы с керамическим покрытием
15
SFL
(Safety Forced Layer)
CCS
(CeramicCoatedSeparator)
Поколение 1 Поколение 2
Сеп-р Керамическое
пок-е на аноде
Сеп-р Керамическое
пок-енасеп-ре
Сеп-р полимерное
пок-енасеп-ре
Сеп-р полим.и кер-е
пок-енасеп-ре
Слой керам. покр-я
PE
SDI
Слой керам. покр-я
PE
Слой керам. покр-я
- SDI: CCS
- Panasonic HRL
- LGC : SRS
Asahi,SKI,Zeon,Celgard
Слой ПВДФ покр-я
PE
Слой ПВДФ покр-я
Teijin, SKI, Asahi
ПВДФ керам. ч-цы
PE
ПВДФ керам. ч-цы
SDI
Керамическое покрытие препятствует свертыванию сепаратора при резком
повышении температуры.
ПВДФ – обеспечивает плотное прилегание электродов к сепаратору

16. Рынок отечественных материалов для производства ЛИА
16
Нет производства в РФ,
Имеется опытное производство, но качество материалов неудовлетворительное
Производится в РФ
Тип материала/компонента Обозначение
Активный катодный материал LCO, LFP, LMO, NCM, NCA
Активный анодный материал AG, NG, HC, SC, LTO
Связующее PVDF, SBR/CMC, латекс
Сепаратор
PE, PP, PP/PE/PP, PP/PE/PP+керамическое
покрытие
Проводящая добавка
технический углерод, ацетиленовая сажа,
углеродные волокна, углеродные нанотрубки,
графен
Фольга Алюминиевая, медная
Электролит
LiPF6, органические карбонаты, функциональные
добавки

17. 17
Благодарю за внимание