Ровно 5 лет назад мы уже анализировали состояние мирового рынка лития и его возможные перспективы в статье «Литий вместо свинца?». С тех пор немало воды утекло. В мае этого года «малая автокомпания Tesla Motors» устами своего владельца Илона Маска заявила, что для обеспечения запланированного выпуска в 500 тыс. электромобилей в 2018 году ей придется скупить весь литий в мире. На фоне таких перспектив стоимость лития поставила рекорд по темпам роста среди цветных металлов. Самое время посмотреть, что на самом деле ждет этот рынок?
История
В прошлой статье физико-химические и экономические аспекты применения лития в аккумуляторах были разобраны чрезвычайно подробно, поэтому повторяться не станем и лишь вкратце напомним основные моменты.
То, что этот легкий металл можно использовать в производстве аккумуляторов, было известно давно, а в 1991 году Sony выпустила первый серийный литиевый аккумулятор.
Однако те батареи имели известные недостатки – самовозгорание при огрехах в эксплуатации, чувствительность к разряду, токам заряда, неспособность работы при низких температурах и быстрое естественное старение. Поэтому их востребованность была весьма невысока. Все изменилось с появлением смартфонов.
Обычный мобильный телефон потребляет не слишком много электроэнергии, и безопасная никель-металлгидридная батарея, которую надо заряжать раз в несколько дней, для него подходила как нельзя лучше. Наличие эффекта памяти при неполном разряде немного осложняло жизнь пользователя, но обычно позволяло несколько лет пользоваться телефоном без особых проблем.
Появление смартфонов с энергоемким процессором и большим дисплеем потребовало либо значительного увеличения размеров аккумулятора, либо ежедневной зарядки. А то и два раза в день. Соответственно, эффект памяти стал весьма существенной проблемой. Вот тогда и наступил звездный час литий-ионных батарей, к тому моменту существенно улучшивших свои характеристики (табл. 1).
Но главное – они были способны без проблем заряжаться с любого и до любого уровня, пусть даже сохранение электроэнергии обходилось дороже.
Практика
По итогам 2015 года мировое производство смартфонов составило около 1,3 млрд штук, в активном пользовании по миру находилось примерно 2 млрд смартфонов. Темпы роста обоих показателей постепенно замедляются и сейчас составляют около 10% в год.
Стандартная емкость аккумулятора смартфона – 1500–2000 мА•ч, т.е. 1,5–2 А•ч. Или, если взять стандартное для них напряжение, 3,7 В – 5,5–7,5 Вт•ч. Соответственно, в мире ежегодно производятся литиевые аккумуляторы общей мощностью как минимум 11–15 млн кВт•ч. Подавляющее большинство – в Китае.
Теперь обратимся ко второму рынку, на котором литий-ионные аккумуляторы набирают все большую популярность, – электромобильному.
Одна из крупнейших автомобилестроительных компаний мира, Toyota, много лет развивала свою основную гибридную модель Prius на никель-металлгидридных аккумуляторах. Но четвертое поколение Prius уже имеет Ni-MH батарею только в самой дешевой комплектации, все остальные – с литий-ионными. При этом литий-ионная батарея легче (25 кг против 40 кг) и имеет меньшее количество ячеек (56 против 168) при равном выходном напряжении, т.к. позволяет получить более высокое напряжение на индивидуальной ячейке (3,7 В).
Указанная в спецификации модели мощность батареи 0,75 кВт•ч явно считается по каким-то особым правилам. Батарея весом 25 кг должна выдавать примерно 4,5–5 кВт•ч мощности. Скорее всего, она их и выдает – электромотор в 53 кВт нужно чем-то питать.
План по продажам Toyota Prius на 2016 год – 300–350 тыс. автомобилей. Для них потребуются батареи общей мощностью 1,35–1,75 млн кВт•ч. Существенно и заметно, но относительно рынка смартфонов – пока немного.
Продажи гибридных автомобилей под маркой Toyota превышают 1 млн штук в год. В основном они приходятся на люксовое подразделение Lexus, но там используются обычные Ni-MH батареи – как более надежные и недорогие. Первым Lexus, изначально ориентированным на новый тип батарей, должно стать спортивное купе LC 500 с примерно вдвое более тяжелой и мощной батареей, чем у Prius. Но погоду на рынке они вряд ли сделают. Общие продажи гибридных автомобилей в мире приближаются к 2 млн штук в год, но доля литий-ионных батарей в них не слишком велика, поэтому можно считать, что на все гибриды приходится примерно 2 млн кВт•ч электроэнергии в литий-ионных аккумуляторах.
А вот на рынке чистых электромобилей все интереснее. Литий-ионные батареи тут гораздо более распространены.
Сначала возьмем «стар
…
…