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Table des matières
Le retour des batteries lithium-fer-phosphate : un retour digne d'un phénix
La batterie au lithium fer phosphate fait référence à une batterie lithium-ion qui utilise du lithium fer phosphate (LiFePO4) comme matériau de cathode.
Il a également un nom plus long, appelé phosphate de fer et de lithium. batterie lithium-ion, qui provient de son processus de charge et de décharge.
Lorsque la batterie au lithium fer phosphate est chargée, les ions lithium de la cathode migrent vers l'anode en graphite à travers le séparateur polymère ; pendant la décharge, les ions lithium migrent de l'anode à travers le séparateur vers la cathode.
En raison des performances des batteries au lithium fer phosphate particulièrement adaptées aux applications électriques et reconnues internationalement comme des batteries environnementales vertes non toxiques et sans pollution, elles sont largement privilégiées et excellent dans le domaine des batteries lithium-ion de puissance.
La politique du double carbone étant élevée à un niveau stratégique, les batteries au lithium fer phosphate ont également connu une forte croissance dans le secteur du stockage de l'énergie.
En 2021, les expéditions mondiales de stockage d'énergie piles au lithium s'élevait à 70 GWh, soit une augmentation de 1 591 TP3T, la filière lithium-phosphate de fer représentant plus de 501 TP3T. En 2021, les expéditions de batteries au lithium de stockage d'énergie en Chine s'élevaient à 48 GWh, la filière lithium-phosphate de fer représentant environ 98,51 TP3T.
1. Histoire des batteries lithium-fer-phosphate
Performance, sécurité et coût constituent le « triangle impossible » de l'industrie des batteries d'énergie. Il est difficile d'obtenir simultanément des performances supérieures, une sécurité élevée et un faible coût.
Cette « relation triangulaire » traverse le développement des batteries au lithium et rend également le chemin des batteries au lithium fer phosphate quelque peu cahoteux.
Les batteries au lithium sont principalement divisées en cobaltate de lithium (LCO), manganate de lithium (LMO), phosphate de fer et de lithium (LFP), matériaux ternaires oxyde de lithium nickel cobalt manganèse (NCM) et aluminate de lithium nickel cobalt (NCA) en fonction des différents matériaux de cathode.
Parmi elles, les batteries au lithium cobaltate et au lithium manganate sont respectivement limitées par le coût et les performances, tandis que les batteries ternaires au lithium nickel cobalt manganèse synergisent les matériaux au lithium cobalt, au lithium nickelate et au lithium manganate, s'appuyant sur une densité énergétique plus élevée et une autonomie de croisière plus longue pour se démarquer et devenir le représentant de la « faction performance ».
En revanche, les batteries au lithium fer phosphate ont une densité énergétique relativement plus faible et une endurance à basse température plus faible, mais présentent les avantages d'un faible coût, d'une sécurité élevée et d'une durée de vie plus longue, devenant ainsi le représentant de la « faction coût-performance ».
1.1 Progrès décennaux des batteries lithium-fer-phosphate en Chine
Depuis 2009, le pays a adopté des politiques de subventions pour promouvoir le développement de l'ensemble de l'industrie, et l'expédition de batteries au lithium fer phosphate et de batteries ternaires a considérablement augmenté.
À partir de 2016, alors que le développement des véhicules à énergies nouvelles en Chine entrait dans une phase stratégique, les exigences en matière de densité énergétique des systèmes de batteries dans les normes d'évaluation des subventions pour ces véhicules n'ont cessé de croître, la densité énergétique élevée et l'autonomie étant au cœur des subventions. Cela a orienté le marché vers les batteries ternaires, intrinsèquement plus performantes.
En juin 2019, la proportion d'installations de batteries ternaires en Chine avait atteint plus de 70% du total des installations, occupant un avantage absolu, tandis que les batteries au lithium fer phosphate n'avaient qu'une part de 27%.
Cependant, la prospérité des batteries ternaires n'a pas duré longtemps. En août 2022, la part des installations de batteries lithium-fer-phosphate en Chine a atteint 62% du total des installations, tandis que la part des batteries ternaires est tombée à 38%.
1.2 Analyse du marché des batteries lithium-fer-phosphate
- Baisse des subventions politiques : Après 2019, les subventions locales ont été annulées dans le secteur des voitures particulières, avec une baisse globale d'environ 60%-67%, et un plan de sortie complète d'ici la fin de 2022.
- Optimisation des performances côté offre : L'optimisation de la conception des grandes cellules de batterie et de la structure des systèmes a permis d'accroître efficacement la densité énergétique des batteries lithium-fer-phosphate. Les véhicules à énergies nouvelles équipés de batteries lithium-fer-phosphate atteignent une autonomie de plus de 500 km, ce qui répond parfaitement aux besoins des déplacements urbains et des trajets de courte distance.
- Accent mis sur la sécurité du côté de la demande : lorsque l'autonomie est garantie, l'attention des clients passe progressivement d'une amélioration extrême des performances à une sécurité accrue, et l'avantage marginal des batteries ternaires par rapport aux batteries lithium fer phosphate est considérablement affaibli.
À l'heure actuelle, dans le domaine de l'énergie, la concurrence entre les batteries ternaires et les batteries lithium fer phosphate est claire : les batteries ternaires ont leur mot à dire sur le marché des voitures haut de gamme à hautes performances et longue autonomie, tandis que les batteries lithium fer phosphate ont pris pied sur le marché des voitures de milieu et bas de gamme et continuent de pénétrer vers le haut avec l'optimisation de la structure du système.
2. Commercialisation des batteries lithium fer phosphate
L'échiquier de batteries au lithium fer phosphate s'étend des ressources minérales aux séparateurs et aux électrolytes, puis à la fabrication de batteries, tous connectés ensemble.
En termes de coûts de production, la plus grande proportion de matières premières dans les batteries au lithium fer phosphate sont les matériaux de cathode (26%), suivis des matériaux d'anode (14%), des séparateurs (11%), des électrolytes (10%) et enfin de la feuille de cuivre (6%).
Toutefois, si l’on considère l’intensité d’investissement par GW, l’intensité d’investissement des matériaux cathodiques et des feuilles de cuivre est la plus importante, avec respectivement 90 millions et 55 millions, ce qui indique que ces deux liaisons sont des opérations à forte intensité d’actifs et que l’expansion des capacités nécessite des investissements en capital importants.
Les acteurs du secteur des matériaux cathodiques au phosphate de fer et de lithium sont principalement des entreprises chimiques à grande échelle disposant de réserves de mines de lithium, de mines de phosphate, etc. La concentration de l'industrie est élevée mais a montré une tendance à la baisse ces dernières années ; les barrières dans l'industrie des feuilles de cuivre résident principalement dans la formulation de feuilles additives et le débogage des équipements, et la structure industrielle actuelle est relativement dispersée.
En comparaison, les séparateurs, les électrolytes et les matériaux d’anode sont de meilleurs maillons, avec une intensité d’investissement plus faible, une meilleure concentration industrielle et un pouvoir de fixation des prix plus fort.
Les matériaux cathodiques sont les facteurs décisifs pour les performances chimiques des batteries au lithium, telles que la densité énergétique et la sécurité.
Dans le coût de préparation des matériaux cathodiques en phosphate de fer et de lithium, la part des sources de lithium est de 59,41 TP3T, et les sources combinées de fer et de phosphore représentent près de 701 TP3T du coût des matières premières. L'orientation future de la réduction des coûts se concentre sur la réduction des pertes de matières premières et la recherche de sources minérales alternatives à faible coût.
Le procédé de préparation du phosphate de fer et de lithium comprend principalement des méthodes en phase solide et en phase liquide. La méthode en phase solide est simple et adaptée à la production à grande échelle, tandis que la méthode en phase liquide permet d'obtenir des produits de phosphate de fer et de lithium présentant une meilleure consistance et des performances de cyclage supérieures, représentés par le DFNano.
La structure du marché des matériaux cathodiques en phosphate de fer et de lithium est stable, avec une forte concurrence entre deux géants. Les deux géants, Hunan Yueneng et DFNano, représentent près de la moitié du marché, avec un CR2 de 45,21% en 2021.
En examinant l'ensemble de l'industrie des matériaux cathodiques, la croissance rapide de la demande de batteries au lithium fer phosphate a également conduit les matériaux cathodiques au lithium fer phosphate à devenir le courant dominant du marché.
Selon les données, la production totale de matériaux cathodiques nationaux a atteint 720 200 tonnes au premier semestre 2022, soit une augmentation de 54,61 TP3T en glissement annuel. Parmi eux, la production cumulée de matériaux de phosphate de fer et de lithium était de 384 700 tonnes, soit une augmentation de 119,11 TP3T en glissement annuel, représentant 531 TP3T ; la production cumulée de matériaux cathodiques ternaires était de 263 800 tonnes, soit une augmentation de 45,91 TP3T en glissement annuel, représentant 371 TP3T.
Parallèlement, les volumes d'expédition de phosphate de fer lithium et de matériaux cathodiques ternaires en Chine ont atteint 411 000 tonnes et 280 000 tonnes au premier semestre 2022, avec des augmentations respectives de 1 361 TP3T et 481 TP3T en glissement annuel. Ce doublement des volumes d'expédition a également propulsé Hunan Yueneng et DFNano aux première et deuxième places du secteur des matériaux cathodiques en 2021.
Comme le dit le dicton, « La marée montante soulève tous les bateaux ». Le lien étroit entre la hausse des prix et des volumes des matières premières en amont et de la fabrication de batteries en milieu de chaîne, et le développement des applications finales en aval, est évident. Après avoir révolutionné le secteur des batteries de puissance, les batteries lithium-fer-phosphate ont trouvé un nouveau souffle.
3. Ouvrir un nouveau monde de batteries lithium fer phosphate
Dans le contexte de la neutralité carbone et du développement de la 5G, la demande en stockage d'énergie se creuse. Le stockage d'énergie au lithium est actuellement la technologie qui connaît la croissance la plus rapide dans ce nouveau secteur en Chine.
Les caractéristiques économiques et de sécurité sont des facteurs importants pour les batteries de stockage d’énergie.
Les systèmes d’énergie éolienne et solaire ont des coûts élevés et une variabilité environnementale, nécessitant des batteries de stockage d’énergie avec une utilisation longue durée, des performances stables, une forte adaptabilité environnementale et un faible coût.
3.1 Caractéristiques des batteries lithium-fer-phosphate
Les batteries au lithium fer phosphate ont une durée de vie plus longue que les batteries plomb-acide et ternaires, avec plus de 2 000 cycles et une capacité 3 à 4 fois supérieure à celle des batteries plomb-acide.
De plus, les batteries lithium-fer-phosphate conservent leur stabilité à haute température grâce à leur structure olivine, offrant une sécurité et une stabilité supérieures. Elles offrent une large plage de températures de fonctionnement.
De plus, les batteries lithium-fer-phosphate n'ont pas d'effet mémoire, peuvent être rechargées selon les besoins et ne nécessitent pas de décharge complète avant d'être rechargées. Elles sont exemptes de métaux lourds toxiques, respectueuses de l'environnement et présentent des coûts de matières premières et de maintenance réduits.
Dans la construction, le stockage d'énergie au lithium présente une configuration de capacité flexible, moins de contraintes de site et des périodes de construction plus courtes, offrant des services de régulation rapides pour les systèmes électriques.
Les statistiques montrent qu'au cours des trois premiers trimestres de 2022, la capacité nouvellement installée des projets de stockage d'énergie de la Chine a atteint 963,7 GW, soit une augmentation de 120% en glissement annuel, le stockage de phosphate de fer et de lithium représentant la majorité.
Des sources internes ont indiqué que l'offre de matériaux en amont des cellules de batteries lithium-fer-phosphate est actuellement limitée. Le volume quotidien d'expédition des chaînes de production de systèmes de stockage d'énergie dépasse 10 GWh, avec une demande quotidienne de plus de 13 000 cellules de batterie.
Après l'assemblage et les tests, la plupart des nouveaux dispositifs de stockage d'énergie au lithium fer phosphate seront expédiés vers les bases d'énergie éolienne et solaire en tant qu'installations de stockage de soutien, améliorant ainsi l'efficacité et la stabilité des centrales électriques.
Dans le domaine des communications, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information a confirmé le rôle de premier plan des batteries au lithium fer phosphate dans les applications de stockage d'énergie des stations de base 5G en août 2020. De nombreux projets de stockage d'énergie côté énergie domestique utilisent également des batteries au lithium fer phosphate.
En 2021, 650 000 nouvelles stations de base 5G ont été construites en Chine. Avec une consommation électrique de 3 500 W par station de base et une autonomie de secours de 4 heures, chaque station nécessite 14 kWh d'alimentation de secours. Le marché du stockage d'énergie des stations de base 5G pourrait générer une demande de 9,1 GWh pour les batteries lithium-fer-phosphate.
3.2 Besoins de la Chine en matière de stockage d'énergie
La demande intérieure de stockage d'énergie se concentre principalement sur le stockage d'électricité et de communications, tandis que la demande internationale provient du stockage domestique. Les raisons sont multiples :
- Prix élevés de l’énergie : les pays européens ont connu une hausse des prix de l’énergie, et les prix élevés de l’électricité au détail, associés à des subventions politiques, stimulent le développement du marché local du stockage des ménages.
- Forte participation aux activités de plein air : les États-Unis ont le plus grand marché de demande d'activités de plein air, avec le camping, les caravanes, les ordinateurs, l'éclairage et la photographie augmentant le besoin d'appareils de stockage d'énergie domestiques portables.
- Préparation aux situations d'urgence et aux catastrophes : les produits de stockage d'énergie portables sont populaires au Japon et ont été certifiés comme fournitures de sécurité pour la prévention des catastrophes par l'Association japonaise de prévention des catastrophes en 2020, remplaçant progressivement les moteurs à carburant traditionnels.
3.2 Besoins étrangers en stockage d'énergie
L’essor du marché du stockage d’énergie à l’étranger offre des opportunités aux entreprises nationales de batteries au lithium.
Les données douanières montrent qu'au cours des neuf premiers mois de l'année, les exportations cumulées de batteries lithium-ion de la Chine ont atteint $34,911 milliards, soit une augmentation de 83,3% en glissement annuel, dépassant la valeur totale des exportations de batteries au lithium pour 2021.
Le marché étranger du stockage d'énergie est devenu le principal contributeur de revenus pour les fabricants nationaux de batteries de stockage d'énergie. Les fabricants nationaux de batteries de stockage d'énergie de premier plan, représentés par CATL et BYD, se sont fait un nom auprès des intégrateurs et propriétaires de systèmes étrangers.
Le stockage d’énergie en tant que jeu indépendant prend de l’ampleur, et
Les batteries au lithium fer phosphate pourraient être la clé pour faire pencher la balance.
4. Conclusion
Les forces internes, les politiques externes et les objectifs macroéconomiques déterminent tous si un matériau ou une technologie peut passer du laboratoire au marché et finalement réussir.
Des batteries électriques au stockage d'énergie, les batteries au lithium fer phosphate ont surmonté avec succès les obstacles de la commercialisation grâce à leurs excellentes propriétés, leurs chaînes industrielles matures et leur vaste potentiel de marché, devenant ainsi la principale force de l'industrie des batteries au lithium.
Cependant, les batteries au lithium fer phosphate ne sont pas parfaites et leurs limitations de performances conduisent le marché à rechercher et à rechercher en permanence de nouveaux matériaux améliorés, tels que le lithium manganèse fer phosphate.
La technologie continue de progresser et le marché est en constante évolution. La forte dynamique de développement dans les domaines de l'énergie et du stockage propulsera les batteries lithium-fer-phosphate sur un marché plus vaste.
