Спецпроект • 7 Декабря 2020
«Гигафабрика» в Сибири: как новые аккумуляторы меняют экономику России
Спецпроект • 7 Декабря 2020
«Гигафабрика»
в Сибири: как новые аккумуляторы меняют экономику России
Литий-ионные аккумуляторы, на которых работает современная портативная электроника, захватывают всё новые отрасли экономики — транспорт, электроэнергетику и даже добычу полезных ископаемых. Россия — одна из немногих стран, где есть собственное производство таких аккумуляторов, запущенное при содействии «Роснано».
В 2019 году Нобелевский комитет одной из главных в современном мире признал технологию литий-ионных аккумуляторов: премию по химии вручили трём ученым, которые занимались развитием этой технологии. На таких батареях сегодня работают смартфоны, планшеты, ноутбуки и всё более часто — электромобили.
Первые прототипы литий-ионных батарей появились ещё в 1970-х гг., но до практического применения доросли только к 1990-м. С тех пор за счёт масштабирования и совершенствования технологии цены удалось сильно снизить: только в 2010-х они упали на 85%, а за следующее десятилетие стоимость хранения энергии снизится ещё на 66 — 80%.
Большой толчок развитию технологии дала Tesla — самый крупный на сегодня производитель электромобилей. Компания смогла первой наладить массовый выпуск машин с литий-ионными батареями, для этого в Неваде (США) открыли завод по производству аккумуляторов, который назвали «гигафабрикой» в честь единицы измерения потребления и производства энергии. Ещё одну «гигафабрику» компания строит под Берлином.
В десятке лидеров
Развитие технологии позволило сильно расширить круг применения батарей: литий-ионные аккумуляторы высокой емкости сегодня могут питать автобусы, троллейбусы, поезда и другую технику, и технология продолжает трансформировать новые отрасли экономики.
Мировой рынок литий-ионных аккумуляторов по итогам 2019 года оценили в $36,35 млрд, а к 2027 году он может вырасти до $116 млрд, и у России есть реальный шанс увеличить свою долю на этом рынке. По оценке управляющего директора по инвестиционной деятельности «Роснано» Владимира Козлова, объём российского сегмента рынка систем накопления энергии к 2025 году может составить $1,5 — $3 млрд в год. Минэнерго в своём оптимистическом сценарии рассчитывает на $8 млрд.
По словам Владимира Козлова, с 2016 года российский рынок каждый год прирастает как минимум одним серийным продуктом с использованием литий-ионных аккумуляторов. «Рынок уже поверил в характеристики литий-ионных аккумуляторов и экономику решений на их основе», — говорит Козлов. Особенно перспективно выглядит сегмент аккумуляторов высокой емкости. Сегодня они производятся всего в десяти странах, и Россия — одна из них.
Крупномасштабное производство литий-ионных аккумуляторов — завод «Лиотех» — запустили в декабре 2011 года в Новосибирской области при участии «Роснано». Предприятие площадью 40 тыс. кв. м построили всего за девять месяцев. На тот момент завод был крупнейшим в мире производством батарей высокой ёмкости, его плановая мощность составила примерно 1 млн аккумуляторов в год. «Роснано» инвестировала в проект 7,58 млрд руб.
Сегодня «Лиотех» — единственный в России промышленный производитель литий-ионных батарей с собственным производством ячеек. Предприятие работает по модели B2B, в основном поставляя продукцию для крупных промышленных заказчиков по трём крупным направлениям.
Большое значение литий-ионные аккумуляторы получили в энергетике: в удалённых населённых пунктах в Забайкальском крае, Кемеровской области, Якутии и Тыве батареи «Лиотеха» используют в составе гибридных энергоустановок. Такие установки включают дизельный генератор энергии и солнечные панели, а батареи накапливают и равномерно распределяют выработанную энергию. В Якутии начинается реализация крупного проекта строительства пяти новых автономных гибридных установок с применением аккумуляторов «Лиотех». Они появятся в труднодоступных населённых пунктах, где нет централизованного энергоснабжения.
Применение аккумуляторов в энергоснабжении не ограничено удалёнными населёнными пунктами. Также их используют для обеспечения бесперебойного питания в случае отключения городской сети. Например, системы бесперебойного обеспечения электроэнергией были созданы в бизнес-центре «Принципал Плаза», в офисе компании «Полиметалл» и на Белорусском вокзале в Москве. В конце 2019 года компания «Лиотех» выиграла тендер на производство систем бесперебойного питания для Сбербанка. По оценке «Роснано», объём рынка таких решений на базе литий-ионных аккумуляторов в России для всех сфер применения к 2025 году может составить 12 млрд руб.
Источник: incrussia.ru
Получится ли у России производить литий
Литий — ключевой компонент разнообразных аккумуляторов, которые используются везде: от смартфонов до электромобилей. Россия обладает крупными запасами лития, но больше 20 лет не добывала его, предпочитая более дешевый импорт. Теперь с импортом ожидаются перебои. Сразу четверо участников рынка объявили в 2022 году о планах производить литий из собственного сырья, однако осуществятся эти проекты нескоро
О перспективе дефицита лития заявил недавно заместитель директора департамента металлургии и материалов Минпромторга Владислав Демидов. «Если не будет сырья, то очень большая может быть проблема в обеспечении собственных литиевых потребностей в литийионных аккумуляторных батареях», — сказал Демидов.
Выступая в Совете Федерации, Демидов сообщил, что Россия не добывает литиевое сырье. Оно поступает в страну в виде карбоната лития в основном из Чили, Аргентины, Китая и Боливии. Китай, по словам Демидова, сам испытывает острую нехватку лития. А после приостановки поставок из Чили и Аргентины у России осталась возможность получать сырье только из Боливии, сказал он.
«От прекращения импорта сырья могут пострадать практически все российские производители и потребители литиевой продукции, начиная от компании по производству литийионных аккумуляторов «Лиотех» и заканчивая Каменск-Уральским металлургическим заводом, выпускающим полуфабрикаты из алюминий-литиевых сплавов, — соглашается независимый эксперт Леонид Хазанов. — Причем компенсировать нехватку собственной добычей литиевого сырья мы не сможем — ее в нашей стране сейчас попросту нет».
Материал по теме
Зачем нужен литий, где и как его добывают
Литий — самый легкий в мире металл. В металлургии он используется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. В оптике он применяется для изготовления стекол, которые защищают от ультрафиолетовых лучей. Кроме того, в ядерной энергетике и атомной технике при его помощи получают радиоактивный изотоп водорода — тритий.
Но львиная доля лития уходит на производство литийионных аккумуляторов. Рост спроса на электромобили привел к взлету цен на литий на 400% в прошлом году.
Цены на карбонат лития сейчас держатся выше $70 000 за т (хотя в прошлом году были примерно $13 000) из-за сильного спроса на него со стороны производителей литийионных аккумуляторов, объясняет Хазанов.
Существуют несколько способов добычи лития. При гидроминеральном способе минерализованные подземные воды закачиваются в специальные бассейны, где происходит выпаривание. Из образующегося концентрата получается карбонат лития, который используется производителями аккумуляторов во всем мире. Таким образом литий производится в так называемом «литиевом треугольнике», расположенном в Андах на границах Аргентины, Боливии и Чили. Там находится более половины мировых запасов лития.
Более дорогим способом является рудный, когда металл добывают в шахтах или карьерах из пегматитов — горных пород, содержащих разные металлы, включая литий. Литий также можно получать из отвалов отработанной руды, где металл сохранился, поскольку устаревшие технологии не позволяли извлекать его полностью, и из вышедших из употребления аккумуляторов.
По данным Геологической службы США (USGS), крупнейшие прогнозные ресурсы лития в мире по состоянию на прошлый год находились в Боливии, где они оценивались в 21 млн т, Аргентине (19 млн т), Чили ( 9,8 млн т), США (9,1 млн т), Австралии (7,3 млн т) и Китае (5,1 млн т). Прогнозные объемы запасов лития в России служба оценивает в 1 млн т.
Общая добыча лития в 2021 году составила около 100 000 т, увеличившись за год на 21%. Больше всего лития добывалось в Австралии — 55 000 т, Чили — 26 000 т, Китае — 14 000 т и Аргентине — 6200 т. Боливия в списке крупных производителей не числится. По оценке The Economist, добыча лития в Боливии в прошлом году могла составить лишь 600 т.
Это меньше, чем нужно одной только России. «Из общего объема выпуска лития из импортируемого сырья (примерно в 2000 т) 400-700 т потребляется непосредственно в России, остальные 1300-1600 т отправляются на экспорт, — рассказывает Хазанов. — Производятся аккумуляторы, стекло, керамика, смазки, алюминий-литиевые сплавы».
Материал по теме
Проект «Норникеля» и «Росатома»
В понедельник, 25 апреля, металлургический гигант «Норникель» объявил о намерении создать совместное предприятие с «Росатомом» по освоению литиевого месторождения Колмозерское в Мурманской области и дальнейшей глубокой переработке литиевого сырья.
Колмозерское — крупнейшее (18,9% отечественных запасов) и наиболее перспективное российское месторождение литиевых руд, в настоящее время находится в нераспределенном фонде. СП «Норникеля» с «Росатомом» намерены участвовать в аукционе на лицензию по разработке месторождения. Аукцион ожидается уже в нынешнем году.
«Мировой спрос на литий, по прогнозам, может увеличиться в пять раз до 2030 года. Россия также нуждается в собственном литиевом сырье и в создании производственной цепочки от добычи руды до производства аккумуляторных батарей, — сказал Forbes cтарший вице-президент — производственный директор «Норникеля» Сергей Степанов. — В связи с этим «Норникель» и «Росатом» решили объединить имеющиеся в компаниях компетенции в рамках проекта по освоению месторождения «Колмозерское». На сегодня подписано соглашение о намерениях и разработана предварительная техническая документация по проекту». Раскрывать детали о сроках, объемах инвестиций и так далее «Норникель» отказался.
«Росатом» задумывался о добыче лития на Колмозерском месторождении еще в июле 2021 года, напоминает аналитик «Велес Капитала» Василий Данилов. Тогда первый металл планировалось получить только к 2030 году. «Сейчас к разработке Колмозерского месторождения привлечен «Норникель» — одна из крупнейших горнодобывающих компаний в мире, имеющая широкое присутствие на Кольском полуострове, — говорит эксперт. — Учитывая значительные финансовые и экспертные ресурсы «Норникеля», начало промышленной добычи лития может начаться раньше обозначенных девяти лет». Однако в любом случае речь идет о достаточно длительном сроке, что связано не только с необходимостью разработки самого месторождения, но и строительства с нуля сопутствующей инфраструктуры, обогатительных фабрик и других объектов, добавляет Данилов.
«Проект «Росатома» и «Норникеля» может оказаться труднореализуемым: несмотря на большие запасы Колмозерского месторождения, его руды отличаются сложным составом, поэтому их переработка может оказаться крайне затратной», — полагает Хазанов.
В проекте принимает участие дочернее предприятие «Росатома» — «РЭНЕРА» — производитель литийионных батарей для использования в спецтехнике, энергетике и электротранспорте.
В июле 2021 года сообщалось, что входящий в «Росатом» холдинг «Атомредмедзолото» планирует начать добычу соединений лития в Мурманской и Иркутской областях, а также в Латинской Америке до 2030 года и вложить в эти проекты более 50 млрд рублей. Назывался и предполагаемый объем добычи — до 50 000 т в год.
«Росатом» не ответил на запрос Forbes.
Источник: www.forbes.ru
Технология производства литий─ионных аккумуляторов
К нам почту приходило довольно много вопросов о том, как производятся литий─ионные аккумуляторы. Сегодня постараемся рассмотреть этот вопрос подробнее. Поскольку литиевые аккумуляторы выпускаются различных форм-факторов и характеристик, производство и технология их производства существенно отличаются. В этой статье мы расскажем о производстве наиболее распространённых Li─Ion аккумуляторах, а также сделаем обзор производителей литиевых АКБ.
Производство литий─ионных аккумуляторов
В общем случае производство Li─Ion аккумуляторов можно разделить на следующие этапы:
- Производство электродов;
- Сборка электродов в батарею, установка защиты;
- упаковка в корпус, заливка электролита;
- Тестирование, заряд.
Как правило, эти этапы присутствуют при сборке литий─ионных батарей всех форм-факторов. В роли анода используется медная фольга с нанесённым слоем графита (в некоторых случаях угля). В качестве катода применяется алюминиевая фольга со слоем материала, содержащего литий. Здесь возможны варианты в зависимости от характеристик конечного изделия: LiCoO2, LiFePO4, LiNiO2, LiMn2О4.
Намотка алюминиевой фольги с литийсодержащим материалом в рулон
Что касается сборки электродов в единую батарею, здесь есть различия для разных типов Li─Ion аккумуляторов. При производстве цилиндрических литий─ионных аккумуляторов (например, 18650) используется скручивание электродов в рулон. При этом они разделяются сепаратором. То есть, подготовленные ленты катода и анода разделяются сепаратором и наматываются в рулон.
Чем меньше толщина электродов, тем более ёмкий и мощный можно собрать аккумулятор. Вся сборка помещается в стальной или алюминиевый корпус, заливается электролитом и герметично запечатывается. Снаружи остаются только выводы плюс и минус.
В призматических литий─ионных аккумуляторах используются прямоугольные электроды, которые укладываются друг на друга через сепараторы. Конструкция в этом случае получается такой же, как в случае свинцово-кислотных аккумуляторов для автомобилей. В этом случае производство электродов немного отличается от тех, что используются в цилиндрических моделях. Сначала также изготавливаются ленты катода и анода, а затем из них вырубаются прямоугольные пластины.
Электроды для призматических литий─ионных аккумуляторов
После сборки электродов они помещаются в пластиковый корпус, к ним привариваются токовыводы, заливается электролит и герметично закрываются.
В некоторых призматических литий─ионных аккумуляторах используется сборка электродов в виде эллиптической спирали. Такую конструкцию могут иметь литиевые батарейки для аккумуляторов телефонов.
После сборки, заливки электролита и герметизации проводится тестирование, при котором выявляется производственный брак. После этого проводится первый заряд аккумулятора, во время которого происходит формирование поверхности электродов. В качестве сепаратора используется полиэтиленовый сепаратор. При температуре 130─150 градусов он плавится и тем самым прекращает обмен ионами между катодом и анодом. Это определённая защита при перегреве литиевого аккумулятора.
Кроме того, при производстве Li─Ion аккумуляторов на определённые модели устанавливаются дополнительные виды защиты. Например, цилиндрические аккумуляторы 18650 имеют в торце корпуса специальный клапан. Он открывается, когда давление внутри превышает определённый предел.
На все литий─ионные аккумуляторы, используемые в электронике, ставятся контроллеры заряда-разряда. Они предохраняют банку от глубокого разряда и излишнего заряда. Кроме того, часто устанавливается термистор, который размыкает цепь и отключает банку от внешнего мира при увеличении температуры выше определённого предела.
Контроллер заряда-разряда литиевых аккумуляторов
Производители литий─ионных аккумуляторов
Зарубежные компании
За границей производство Li─Ion батарей очень развито. Многие крупные компании выпускают литиевые аккумуляторы. В качестве примера можно привести следующие:
- Altair Nanotechnologies. Фирма занимается производством материала для анода Li─Ion батарей из титаната лития. В продуктовой линейке Altair Nanotechnologies есть аккумуляторные системы для электроэнергетики, транспортных средств и источников бесперебойного питания. Такие компании из Южной Кореи, как Eig Ltd и Kokam занимаются выпуском для Altair аккумуляторных ячеек;
- A123 Systems. Компания занимается производством аккумуляторных ячеек и модулей. На их основе делаются аккумуляторы для ТС, сферы электроэнергетики. В производстве литий-железо-фосфатных АКБ компания использует собственную технологию Nanophosphate. Аккумуляторы выпускаются как цилиндрического, так и призматического форм-факторов;
- Ener1 Battery Company. Компания занимается выпуском Li─Ion аккумуляторных систем для транспортных средств, потребительской электроники и сферы энергетики. Производство размещено в США и Южной Корее;
- Samsung SDI. Основное производство фирмы ориентировано на выпуск аккумуляторов для электроники. Также выпускаются аккумуляторы для энергетических систем. Компания самостоятельно выпускает литий-железо-фосфатные ячейки ёмкостью 50 Ач, которые используются в распределительных сетях;
- Saft Batteries. Выпускает накопители Intensium Max, которые созданы на базе Li─Ion аккумуляторов собственного производства. Они применяются для поддержания функционирования возобновляемых источников энергии. В основу аккумуляторных батарей компании положены аккумуляторные ячейки VL41M цилиндрической формы. Катод делается на основе никелевого оксида. Из нескольких VL41M формируют аккумуляторный модуль, который используется в различных системах;
- Dow Kokam. Эта фирма является совместным предприятием Южной Кореи и США. Они выпускают аккумуляторные системы, модули, ячейки Li─Pol. Их продукция используется в промышленности, транспортных средствах, ИБП, военной сфере. У фирмы есть свои производственные мощности в Южной Корее, Франции, США;
- BYD. Эта китайская компания занимается выпуском автомобилей, электротранспорта, солнечных батарей, инверторов, а также литий─ионных аккумуляторов. В основе аккумуляторных систем BYD лежат литий-железо-фосфатные ячейки.
Отдельно можете прочитать подробный материал про литий-ионный аккумулятор.
Вернуться к содержанию
Российские производители
В настоящее время в интернете можно найти информацию о таких компаниях, занимающихся выпуском АКБ в России:
- НПО ССК;
- Лиотех;
- АК Ригель;
- НИИХИТ-2;
- ОАО «НИАИ «Источник»;
- ОАО Энергия.
Стоит сказать, что по своим производственным мощностям и ассортименту выпускаемой продукции российские производители значительно уступают зарубежным компаниям.
Вернуться к содержанию
Опрос
Примите участие в опросе!
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
Источник: akbinfo.ru