Hochnickelbatterien werden zu einer neuen Schiene, und die Power-Batterie-Industrie ist immer noch voller Variablen

Mithilfe politischer Dividenden und Subventionsvorteilen konnte die chinesische Batterieindustrie gewisse Ergebnisse erzielen. Das bekannteste Unternehmen unter ihnen ist CATL, das 2017 zum weltweiten Verkaufschampion für Power-Batterien wurde.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass China Japan und Südkorea im Bereich der Antriebsbatterien überholt hat. Die Branche der Power-Batterien befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, die Technologie wird noch immer kontinuierlich aktualisiert und weiterentwickelt und die Branche ist noch weit davon entfernt, ein ausgereiftes und stabiles Stadium zu erreichen.

In der Strombatterieindustrie hat China nur einen vorübergehenden Sieg errungen. Der Wettbewerb läuft noch und es ist schwer zu sagen, wer zuletzt lachen wird.

Japan wird in der Strombatterieindustrie nicht zurückbleiben.

Im Juni dieses Jahres wird die New Energy and Industrial Technology Development Organization of Japan gemeinsam mit 23 Automobil-, Batterie- und Materialunternehmen, darunter Toyota, Honda, Nissan und Panasonic, Festkörperbatterien entwickeln und plant, die entsprechenden Technologien für Festkörperbatterien bis 2022 vollständig zu beherrschen.

Am 7. August wurde berichtet, dass Forscher des Tokyo Institute of Technology und anderer Institutionen in Japan eine Festkörperbatterie entwickelt haben, die mit ultrahoher Geschwindigkeit geladen und entladen werden kann, was einen bedeutenden Fortschritt bei der praktischen Anwendung von Festkörperbatterien darstellt.

Festkörper-Lithiumbatterien haben gegenüber Flüssigbatterien Vorteile hinsichtlich hoher Dichte, hoher Sicherheit und hoher Ausgangsleistung und werden voraussichtlich die nächste Batteriegeneration sein, die die aktuellen Lithium-Ionen-Batterien ersetzt. Allerdings ist die Technologie der Festkörperbatterien noch sehr unvollkommen und von einer praktischen Anwendung noch weit entfernt.

Hochnickelbatterien werden zu einem neuen Trend

Festkörperbatterien sind noch nicht ausgereift, aber China hinkt bereits hinterher, wenn es um Batterien mit hohem Nickelgehalt geht.

Derzeit wird Graphit hauptsächlich als Material für die negative Elektrode von Batterien verwendet, während es für das Material der positiven Elektrode viele Optionen gibt. Allerdings ist die Energiedichte von Lithiumeisenphosphat unter den positiven Elektrodenmaterialien gering und hat ihre Obergrenze erreicht, sodass es sich eher für den Einsatz in Nutzfahrzeugen eignet, die keine hohe Batterieenergiedichte benötigen.

Ternäre Batterien haben Vorteile hinsichtlich der oberen Grenze der Energiedichte, sind aber dennoch auf den technologischen Fortschritt angewiesen, um die Batteriesicherheit zu verbessern.

Ternäre Materialien sind geschichtete Nickel-Kobalt-Manganoxid-Verbundwerkstoffe. Je nach Verhältnis von Nickel, Kobalt und Mangan können ternäre Legierungen in 111, 523, 622, 811 usw. unterteilt werden. Da die Hauptfunktion von Nickel in der Verbesserung der Energiedichte liegt, liegt der aktuelle Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt auf ternären Materialien mit hohem Nickelgehalt (622 oder 811).

Als das ternäre 622-System international flächendeckend eingeführt wurde, befanden sich viele inländische Hersteller von Strombatterien noch im 523-Stadium.

Derzeit ist Panasonic fast das einzige Unternehmen auf dem Gebiet der ternären Hochleistungsbatterien mit hohem Nickelgehalt. Bei den zylindrischen Batterien von Panasonic, die im Tesla Model 3 verwendet werden, wurde durch die verbesserte Verwendung von positiven Elektrodenmaterialien mit hohem Nickelanteil und negativen Elektrodenmaterialien aus Silizium-Kohlenstoff eine Steigerung der Batterieenergiedichte um 20 % erreicht.

Obwohl Batterien mit hohem Nickelgehalt die Energiedichte der Batterie erhöhen können, verringern sie die Sicherheit und Lebensdauer der Batterie.

Seit 2013 kam es bei Tesla, das Batterien mit hoher Energiedichte verwendet, in den USA, Europa, China und anderen Ländern zu mehreren Vorfällen von Selbstentzündung. Die Verbesserung der Sicherheit und Lebensdauer von Batterien mit hohem Nickelgehalt ist eine aktuelle technische Herausforderung.

Batterien mit hohem Nickelgehalt erfordern während der Montage eine reine Sauerstoffatmosphäre, doch in den meisten inländischen Batteriefabriken ist diese Voraussetzung nicht gegeben. Wenn 811 ternäre Batterien in Massenproduktion gehen sollen, müssen die meisten Fabrikgebäude und -anlagen neu gestaltet werden, was eine neue Runde umfangreicher Investitionen erforderlich macht.

Der hohe Preis und das knappe Angebot an Kobalt zwingen die Batteriehersteller außerdem dazu, die Massenproduktion von Batterien mit hohem Nickelgehalt und geringerem Kobaltgehalt zu beschleunigen.

Südkorea folgt Japan bei Batterien mit hohem Nickelgehalt dicht auf den Fersen. Ausländischen Medienberichten zufolge wollen die südkoreanischen Batteriehersteller LG Chem und SK Innovation in diesem Jahr 811 ternäre Batterien mit niedrigem Kobaltgehalt und hoher Energiedichte für Elektrofahrzeuge auf den Markt bringen. Doch einige Monate später verzögerten sich diese Pläne.

Veränderungen in der heimischen Batterieindustrie

Im „Mittel- und langfristigen Entwicklungsplan für die Automobilindustrie“ der chinesischen Regierung heißt es eindeutig, dass die Energiedichte von Batteriezellen bis 2020 über 300 Wh/kg liegen soll, angestrebt wird ein Wert von 350 Wh/kg. Bis 2025 wird die Energiedichte von Batteriesystemen 350 Wh/kg erreichen.

Unter den bestehenden technischen Bedingungen ist es für Lithiumeisenphosphat und positive Elektrodenmaterialien unter 622 schwierig, die oben genannten Anforderungen zu erfüllen. Wenn Sie eine Energiedichte von mehr als 300 Wh/kg erreichen möchten, ist die ternäre Batterie 811 fast die einzige Wahl.

Seit der zweiten Jahreshälfte 2017 haben inländische Hersteller von Strombatterien ihre Entwicklung von 811 mit hohem Nickelgehalt deutlich beschleunigt. Viele Hersteller von Strombatterien, darunter BYD Power, Lishen Battery, Penghui Energy, EVE Energy und Far East Foster, haben erklärt, dass sie den Prozess vom Durchbruch in der Produkttechnologie über die Kleinserienproduktion bis hin zur Musterzertifizierung durch Kunden im Wesentlichen abgeschlossen haben.

BYD Battery gab sogar an, dass die nickelreichen 811-Batterien des Unternehmens erfolgreich in Modellen von Marken wie JAC, SAIC Maxus, BAIC New Energy, Xiaopeng und Yundu eingesetzt wurden und alle ihre Modelle in die engere Auswahl für den empfohlenen Katalog neuer Energien gekommen sind.

Sowohl BYD als auch CATL planen, im nächsten Jahr 811 Batterien mit hohem Nickelgehalt auf den Markt zu bringen. Die beiden Batteriegiganten scheinen bei diesem technologischen Innovationsprozess etwas langsam zu sein.

Im Vergleich zu Softpack- und quadratischen Batterien ist es bei zylindrischen Batterien einfacher, Durchbrüche bei ternären Batterien mit hohem Nickelgehalt zu erzielen. Große Hersteller zylindrischer Batterien, darunter BYD, Lishen, Penghui und Far East Foster, haben bereits Produkte mit hohem Nickel-811-Gehalt entwickelt oder in Massenproduktion hergestellt.

Die südkoreanischen Batterieunternehmen LG Chem, SK Innovation und Samsung SDI haben alle in kleinem Maßstab nickelreiche Batterien eingesetzt und verwenden auch zylindrische Batterien. Im Bereich der Softpack-Batterien und der quadratischen Batterien verfügen die drei Unternehmen jedoch noch nicht über großflächig anwendbare Produkte.

Aus Sicht der gesamten Industriekette für Fahrzeuge mit neuer Energie stehen Batterieunternehmen unter großem Druck. Im Jahr 2016 lagen die Kosten für Strombatterien bei etwa 2,2 bis 2,3 Yuan/Wh und im Jahr 2017 sanken sie auf 1,6 bis 1,7 Yuan/Wh, was einem Rückgang von fast 30 % entspricht.

Nachdem die Subventionskürzung im Jahr 2018 feststand, forderten die OEMs von den Batterieherstellern größere Preissenkungen. Im Allgemeinen verlangten sie Kosten von etwa 1,2 Yuan/Wh, also eine Reduzierung um etwa 25 %.

In letzter Zeit hatten viele inländische Batterieunternehmen eine schwere Zeit. Einige Unternehmen, die blind expandierten und den falschen technologischen Weg wählten, haben den Markt bereits verlassen, und viele Unternehmen kämpfen noch immer.

Da sich Batterien mit hohem Nickelgehalt allmählich zum wichtigsten Marktsegment entwickeln, werden Batterieunternehmen mit unzureichenden Investitionen in Forschung und Entwicklung und langsamen technologischen Weiterentwicklungen nach und nach vom Markt verdrängt. Allerdings liegen in Krisen auch Chancen. Unternehmen, die frühzeitig Vorkehrungen für Batterien mit hohem Nickelgehalt getroffen haben, werden eine neue Runde von Entwicklungsmöglichkeiten einläuten.

Angesichts der enormen Vorteile von ternären Batterien mit hohem Nickelgehalt hinsichtlich der Energiedichte wird derjenige, der ternäre 811-Batterien als Erster in großem Maßstab einsetzt, in den nächsten Jahren weitere Marktanteile gewinnen. Auch die Marktstruktur der heimischen Strombatterieindustrie dürfte sich dadurch gewaltig verändern.

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