Cina: teknologi prekursor baterai? 

Ketika Anda mendengar “prekursor Tiongkok untuk baterai?”, yang pertama terlintas di benak Anda adalah volume, harga, bahkan mungkin peniruannya. Namun dalam lima hingga tujuh tahun terakhir, gambarannya menjadi jauh lebih rumit. Banyak orang masih berpikir bahwa semuanya sederhana di sini - mereka mengambil paten Barat, memperluasnya, dan selesai. Faktanya, jika Anda menggali rantai nilai, terutama di bidang material untuk lithium-ion dan sistem solid-state baru, Anda dapat melihat bahwa pemain Tiongkok tidak lagi sekadar “berbuat”. Mereka secara aktif melakukan penelitian dan pengembangan, seringkali ke arah yang dianggap jalan buntu di Barat karena tingginya biaya proses tersebut. Tapi lebih dari itu nanti.

Dari? Buatan China? menjadi “dirancang di Tiongkok”: sebuah evolusi pendekatan

Sebelumnya, sekitar sepuluh tahun lalu, memang banyak yang dibangun dengan reverse engineering. Kami membeli sampel litium kobaltat (LCO), nikel mangan kobaltat (NMC), membongkarnya, dan mencoba mengulanginya. Namun kemurnian dan stabilitas partai-partai tersebut selalu menjadi mimpi buruk. Saya ingat pada tahun 2015-2016, percakapan dengan para ahli teknologi di salah satu lokasi di Changsha bermuara pada satu hal: “parameternya sepertinya sesuai dengan spesifikasi, tetapi baterai keluaran memberikan variasi kapasitas 5-7%?”. Masalahnya bukan pada formulanya, tetapi pada seluk-beluk sintesis prekursor - kontrol atas ukuran partikel, morfologi, dan kandungan pengotor pada tingkat ppm.

Pergeseran ini dimulai ketika produsen baterai besar seperti CATL dan BYD mulai menerapkan persyaratan ketat tidak hanya pada komposisi kimianya, namun juga pada karakteristik fungsional bahannya. Mereka tidak hanya membutuhkan bubuk nikel-kobalt-aluminium (NCA), tetapi juga bahan dengan porositas tertentu yang akan memberikan konduktivitas ionik yang lebih baik pada katoda jadi. Hal ini memaksa perusahaan pemasok prekursor untuk berinvestasi di laboratorium dan jalur percontohan mereka. Di sini kita tidak lagi berbicara tentang penyalinan, tetapi tentang penyesuaian proses sendiri - reduksi karbotermik, sintesis hidrotermal, metode pengendapan bersama dengan kontrol pH dan suhu yang tepat.

Kasus yang menarik adalah pengembangan rantai untuk NMC 811 (dengan kandungan nikel yang tinggi). Pengejaran kepadatan energi yang tinggi sudah jelas, tetapi seiring dengan nikel, masalah juga meningkat - stabilitas termal menurun, perpindahan kation dalam struktur berlapis. Insinyur Tiongkok tidak hanya mengikuti jalur paduan (menambahkan aluminium, magnesium), tetapi juga mulai bereksperimen dengan lapisan gradien partikel prekursor - intinya lebih kaya akan nikel untuk wadahnya, dan lapisan luarnya diperkaya dengan mangan atau kobalt untuk stabilitas. Hal ini memerlukan kontrol yang tepat pada tahap sintesis prekursor. Saya melihat sampel dari salah satu pemasok dari Sichuan - pendekatan mereka terhadap pengendapan multi-tahap benar-benar mengesankan, meskipun pada saat itu (beberapa tahun yang lalu) hasil dari jalur percontohan sangat rendah, sekitar 65%.

Di mana letak kesulitan sebenarnya: bukan kimia, tapi teknik

Banyak yang fokus pada formula kimia, namun tantangan utama saat ini adalah teknik kimia dan penskalaan. Anda bisa mendapatkan satu kilogram prekursor yang sangat baik untuk LFP (lithium iron phosphate) dengan struktur zaitun di laboratorium. Namun ketika Anda mencoba meningkatkan hingga 10 ton per bulan, keajaiban dimulai: aglomerasi partikel, distribusi unsur paduan yang tidak merata, fluktuasi kepadatan curah. Hal ini mematikan keekonomian proyek.

Di sini, perusahaan Tiongkok mulai menunjukkan kekuatan mereka - fleksibilitas dan kecepatan iterasi. Mereka sering kali tidak memiliki pabrik raksasa yang berfungsi untuk selamanya. Ada jalur percontohan modular yang dapat dikonfigurasi ulang dengan cepat. Seorang teknolog yang akrab dariChengdu Yizhi Technology Co.(ini adalah lembaga desain yang dibuat oleh Huaxi Technology) pernah mengatakan bahwa untuk satu pelanggan Eropa, mereka mencoba tiga konfigurasi reaktor berbeda untuk sintesis prekursor elektrolit sulfida (untuk baterai solid-state) sebelum mencapai kemurnian produk yang dapat diterima. Situs web merekayzkjhx.ruagak pelit dengan rincian, namun dari deskripsi proyek jelas bahwa mereka sangat terlibat dalam pengembangan proses turnkey. - dari laboratorium hingga produksi komersial.

Masalah lainnya adalah bahan mentah. Ketergantungan pada impor kobalt dan litium belum hilang. Oleh karena itu, upaya besar-besaran ditujukan pada dua arah: pertama, pemrosesan mendalam dan daur ulang untuk memaksimalkan bahan mentah sekunder; kedua, mengembangkan bahan-bahan yang mengurangi ketergantungan ini. Baterai natrium-ion dapat dianggap sebagai terobosan dalam beberapa tahun terakhir. Dan di sini Tiongkok tampaknya mencoba mengambil inisiatif tidak hanya dalam produksi unsur-unsur, tetapi juga dalam menciptakan rantai prekursornya - misalnya, oksida berlapis atau senyawa polianionik. CATL telah mengumumkan produk komersial. Namun jika kita berbicara tentang prekursor, tantangan utamanya adalah stabilitas dan biaya sintesis yang rendah. Ada keberhasilan di laboratorium, tapi seperti apa hasil tonasenya? Masih ada lebih banyak pertanyaan daripada jawaban.

Baterai solid-state: perlombaan baru dan masalah lama dengan pendahulunya

Di sinilah tempat yang paling menarik, namun juga suram saat ini. Semua orang berbicara tentang baterai solid state (SSB) sebagai cawan suci. Namun jika kita menjauh dari hype, masalah teknis utama adalah antarmuka. Elektrolit padat (sulfida, oksida, polimer) dan bahan elektroda harus berada dalam kontak sempurna. Dan ini sekali lagi tergantung pada pendahulunya.

Untuk elektrolit sulfida (misalnya Li₂S–P₂S₅sistem) kita membutuhkan prekursor yang sangat murni, dan sintesisnya harus dilakukan di atmosfer yang benar-benar lembam - oksigen dan kelembapan membunuh segalanya. Perusahaan Tiongkok, seperti Institut Teknologi Chengdu Yizhi, secara aktif mengerjakan metode sintesis fase padat dan paduan mekanis pada skala industri. Namun kendala utamanya bukanlah sintesis elektrolit itu sendiri, melainkan pembuatan prekursor untuk katoda komposit. Kita perlu mendepositkan bahan aktif (katakanlah, NMC) secara seragam ke dalam partikel elektrolit sulfida untuk membuat matriks yang konduktif secara ionik. Metode pencampuran standar tidak berhasil - metode tersebut menciptakan “zona mati”. Solusinya terlihat dalam pengembangan prekursor khusus, dimana struktur yang diinginkan dibentuk in situ, pada tahap sintesis. Saya pernah mendengar upaya menggunakan teknik deposisi lapisan atom (ALD) yang diadaptasi untuk produksi massal, namun sejauh ini biayanya mahal dan lambat.

Upaya gagal yang jarang dibicarakan orang adalah proyek awal elektrolit oksida seperti LLZO (lithium lanthanum zirconium oxide). Bahannya menjanjikan, namun prekursornya memerlukan sintering suhu tinggi (di atas 1200°C). Mereka mencoba melakukan sintesis, tetapi dihadapkan pada konsumsi energi yang sangat besar dan masalah dalam mengendalikan stoikiometri litium - litium menguap begitu saja pada suhu seperti itu. Akibatnya, banyak perusahaan rintisan membatasi atau membekukan bidang-bidang ini dan beralih ke sistem sulfida atau hibrida. Ini adalah contoh bagus dari kimia laboratorium yang indah yang menghadapi hambatan teknis dan ekonomi yang tidak dapat diatasi pada tingkat pendahulunya.

Melihat ke Masa Depan: Integrasi Rantai dan Ekologi

Tren yang akan menentukan adalah integrasi vertikal. Pemain besar seperti CATL atau Gotion High-Tech tidak lagi sekadar membeli prekursor, namun berinvestasi dalam usaha patungan dengan produsennya atau membangun fasilitasnya sendiri. Untuk apa? Untuk mengontrol seluruh rantai - dari bahan mentah hingga elektroda jadi. Hal ini memungkinkan pengoptimalan parameter untuk arsitektur sel tertentu (misalnya, untuk sel tablet atau tas).

Topik besar kedua adalah keramahan lingkungan. Regulator Eropa telah lama memberikan tekanan pada topik jejak karbon dan pengadaan sumber daya yang bertanggung jawab. Bagi pemasok Tiongkok, hal ini bukan hanya ancaman, namun juga peluang. Saya melihat banyak orang mulai mensertifikasi proses mereka, memperkenalkan sistem daur ulang pelarut dalam produksi prekursor, dan mengerjakan sistem yang “ramah lingkungan”. metode sintesis - misalnya, menggunakan zat pereduksi yang kurang beracun atau dalam lingkungan berair. Ini bukan lagi PR, tapi kebutuhan mendesak untuk memasuki pasar global. Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd., dengan modal terdaftar sebesar 120 juta yuan dan status lembaga desain, adalah salah satu perusahaan yang dapat menawarkan kepada pelanggan tidak hanya produk, tetapi juga teknologi dengan keseimbangan lingkungan dan ekonomi yang diperhitungkan.

Dan satu hal terakhir. Anda seharusnya tidak mengharapkan satu hal pun yang "mematikan". terobosan dalam kimia prekursor. Evolusinya akan terjadi secara bertahap: peningkatan kemurnian sebesar 0,5%, pengurangan biaya sintesis sebesar 3%, peningkatan umur simpan bahan di udara. Dalam pekerjaan yang melelahkan dan tidak terlihat ini – kontrol atas ribuan parameter, iterasi pada jalur percontohan, penyelesaian masalah penskalaan – di sinilah letak kepemimpinan Tiongkok di bidang ini saat ini dan di masa depan. Mereka telah berubah dari peniru menjadi pesaing serius dalam rekayasa proses. Langkah selanjutnya mungkin adalah menjadi trendsetter dalam desain material itu sendiri, namun hal ini memerlukan penemuan mendasar. Dan itu tidak terjadi sesuai jadwal.