Экономика на батарейках: как работает аккумуляторная промышленность

Что происходит на рынке литийионных аккумуляторов

Литийионные аккумуляторы обеспечивают электрификацию транспорта и позволяют сохранять энергию, поступающую от нестабильных возобновляемых источников. Это важно для поддержки развития современных технологий.

«Аккумуляторы необходимы в первую очередь для развития потребительского рынка: они используются в компьютерах, телефонах, портативной технике, инструментах для дома, электросамокатах и электромобилях. Но в некоторых случаях аккумуляторные батареи применяют и стационарно. Так, большие аккумуляторные паки могут обеспечивать непрерывную работу различных систем и оборудования на предприятиях», — перечисляет руководитель научных проектов развития батарейных технологий «Норникеля» Анна Колмычевская.

Какие страны и компании производят аккумуляторы

На сегодняшний день крупнейшим производителем литийионных аккумуляторов является Китай. Его доля на рынке, по данным S&P, составляет 78%. Самый большой на сегодня игрок — китайская компания CATL. Другие заметные компании — южнокорейские LG Energy Solutions и Samsung SDI, а также японская Panasonic.

«Все, что вы можете увидеть на рынке сейчас, — это китайские, японские или корейские аккумуляторы», — отмечает Анна Колмычевская.

Несмотря на то что США развивают собственные производственные мощности, в обозримой перспективе компании из КНР и Республики Корея останутся незаменимыми поставщиками аккумуляторов.

Аналитики S&P прогнозируют, что к 2030 году в США 49% батарейных емкостей будет обеспечиваться корейскими компаниями, 18% — американскими, 13% — китайскими. Но в целом к 2030 году доля Китая на мировом рынке снизится с нынешних 78 до 58%.

Какими бывают аккумуляторы

В зависимости от катодных материалов (катод — это электрический проводник, к нему направлено движение электронов)аккумуляторы делятся на несколько типов.

Например, аккумуляторы могут быть никель-марганец-кобальт-литиевыми (NMC). Другой тип —литий-железо-фосфатные (LFP). Все это литийионные аккумуляторы. Также производят аккумуляторы с катодным материалом из никеля, железа, марганца и натрия. Это уже натрийионная система.

NMC — это продукция high energy, она предназначена для электромобилей и портативной техники, то есть для тех областей, где нужно больше заряда. Чем больше никеля, тем больше энергоемкости, поясняет Анна Колмычевская. LFP, продолжает эксперт, чаще используют для стационарной техники и оборудования. При этом LFP-аккумуляторы дольше живут, они рассчитаны на большее количество циклов зарядки.

Как создают аккумуляторы

По словам Анны Колмычевской, производство литийионных аккумуляторов состоит из нескольких этапов.

1. Производство прекурсора, предшественника катодного материала. В реакторе смешивают соли различных металлов — никеля, марганца, кобальта. Эти вещества соединяются и выкристаллизовываются.

2. Изготовление катодного материала. Частицы прекурсора промывают и высушивают, смешивают с гидроксидом лития и обжигают в печах. Большие температуры внедряют литий в кристаллическую структуру трех металлов. Получается катодный материал.

3. Формирование электродов и трех слоев. Катодный материал — это порошок. В него добавляют связующие элементы и смешивают в пасту. Затем на конвейере эту пасту наносят на длинные линии алюминиевой фольги. Между катодом и анодом (электрический проводник, движение электронов направлено от него. — «РБК Тренды»)прокладывается сепаратор.

4. Стыкование или наматывание. Аккумуляторы можно создавать двумя методами: стыкованием (stacking) или наматыванием (winding). C помощью наматывания, например, производят цилиндрические и призматические аккумуляторы, с помощью стыкования — формат пауч в ламинированной фольге и призматические аккумуляторные ячейки.

5. Пропитка и формирование. Уже в корпусе аккумулятор заливается электролитом (веществом, которое проводит электрический ток), весь материал должен им пропитаться. После этого система закрывается и аккумулятор идет на стенд формирования — его медленно заряжают и разряжают несколько раз, чтобы все электрохимические процессы внутри сформировались и сбалансировались.

Какие факторы влияют на стоимость аккумуляторов

Литийионные аккумуляторы дешевеют. За последние 10 лет их средняя стоимость упала на 74%, с $290 до $78 за киловатт-час, следует из подсчетов Elements by Visual Capitalist. Из этих $78 больше половины — 54% — приходится на стоимость катода, 18% — на анод, остальное — на производственные расходы компании, сепаратор, электролит и корпус.

Один из факторов, влияющих на итоговую стоимость аккумулятора, — это рыночные цены на металлы, которые входят в катод. В 2022 году котировки никеля или лития достигали пиков — $48,3 тыс. и $83,6 тыс. за тонну соответственно. И тогда средняя стоимость аккумулятора составляла $129 за киловатт-час. В 2024-м никель и литий подешевели в несколько раз, потянув за собой и цены на аккумуляторные ячейки.

Другой фактор влияния — баланс между спросом и предложением непосредственно на батарейном рынке. Предложение здесь растет опережающими темпами. Так, в S&P отмечают, что уже сегодня нет дефицита емкости аккумуляторов (избыток оценивается в 1,2 ТВт∙ч), а профицит будет только нарастать в ближайшие годы. Многие страны инвестируют в батарейную промышленность, а компании-производители соперничают за долю рынка. Это также снижает среднюю стоимость аккумулятора.

Как Россия создает батарейную индустрию

В 2022 году «Норникель» запустил собственный батарейный технологический центр на базе электрохимической лаборатории в Санкт-Петербурге. Здесь компания проводит исследования, разрабатывает новые продукты (в частности, никельсодержащие катодные материалы для натрийионных аккумуляторных систем) и синтезирует катодные материалы для литийионных систем, но пока в небольших объемах. Следующим этапом развития должно стать строительство пилотной установки с мощностью от 10 до 100 т катодного материала в год, дальше возможен этап строительства завода, который сможет производить до 10 тыс. т катодных активных материалов в год.

Кроме того, в 2023 году «Норникель» и «Росатом» запустили совместное предприятие «Полярный литий». Оно будет разрабатывать крупнейшее в России Колмозерское месторождение лития в Мурманской области. Проектом предусмотрена ежегодная переработка около 2 млн т руды и производство 45 тыс. т карбоната и гидроксида лития. Ожидается, что на эти показатели предприятие выйдет к 2029 году.

В 2026 году начнут функционировать первые гигафабрики «Росатома» — в городе Немане Калининградской области и в Новой Москве, где будут серийно производить батареи по полному циклу — от химии (от производства электродов, смешения катодных и анодных химических масс) до готового продукта. Эти производства будут иметь суммарную годовую мощность около 8 ГВт∙ч. Батарей такой емкости хватит для выпуска примерно 100 тыс. электромобилей.