Lors du Forum sur les matériaux de batterie de l'exposition CLNB 2025 (10e édition) sur la chaîne industrielle des nouvelles énergies, organisé par SMM Information & Technology Co., Ltd., Guorong Hu, scientifique en chef de Sichuan Development Longmang Co., Ltd. et professeur à l'Université centrale du Sud, a partagé ses points de vue sur le thème « Progrès techniques et opportunités des matériaux LFP ».
Il a déclaré que le matériau de cathode est le matériau clé des batteries lithium-ion, déterminant leurs performances et leur coût ; le LFP est devenu le principal matériau du marché en raison de ses avantages en termes de coût et de sécurité, avec une part de marché dépassant 70 %. Grâce aux progrès de la technologie de fabrication des batteries lithium-ion et de la technologie de fabrication automobile, à l'application des batteries LFP en lame, des technologies CTP, CTC, CTB et à l'introduction du LFP à haute densité de compactage, la densité énergétique du LFP a considérablement augmenté.
En conséquence, les batteries LFP ont commencé à être largement utilisées sur le marché des véhicules électriques de tourisme et sur le marché des systèmes de stockage d'énergie (ESS) ; les voies de production du LFP et du phosphate de fer coexistent de manière diversifiée. À l'avenir, le développement du LFP nécessitera des progrès technologiques dans les matières premières, les procédés de production et les équipements de production clés afin de réduire sensiblement les coûts de production et d'améliorer les performances des produits. Le LFP à haute densité de compactage, le LFP à haut taux de décharge C et le LFP à faible coût représentent des opportunités de développement futures.
1. Marché d'application des batteries lithium-ion et des matériaux de cathode
1.1 Énorme potentiel d'électrification
L'électrification des transports et le stockage d'énergie renouvelable à grande échelle présentent un énorme potentiel. Ventes de véhicules à énergie nouvelle en Chine : 3,52 millions d'unités en 2021 (taux de pénétration de 13 %) ; 9,8 millions d'unités en 2023 (taux de pénétration de 31 %) ; août 2024 (taux de pénétration supérieur à 50 %) : ventes d'environ 12 millions d'unités (données de la CAAM), en hausse de 25 % à 30 % en glissement annuel.
1.2 Les batteries LFP restent la voie dominante
Les statistiques montrent qu'en août 2024, la part d'installation du LFP a atteint 74,2 %, établissant un nouveau record en termes de part d'installation.
Les batteries ternaires et les batteries LFP, en tant que deux voies techniques pour les véhicules électriques, divergent de plus en plus, la part de marché des batteries LFP augmentant tandis que celle des batteries ternaires diminue.
1.3 Marché des ESS
Fin 2023, la capacité installée cumulative des nouveaux projets d'ESS à l'échelle nationale a atteint 31,39 GW/66,87 GWh. En 2023, la nouvelle capacité installée était de 22,6 GW/48,7 GWh, soit une augmentation de plus de 260 % par rapport à fin 2022, près de 10 fois la capacité installée à la fin du 13e Plan quinquennal, et dépassant déjà l'objectif d'installation de 2025.
En 2024, le volume des expéditions de cellules ESS à l'échelle mondiale est de 314,7 GWh, en hausse de 60 % en glissement annuel.
L'industrie des cellules ESS est officiellement entrée dans l'ère des « 0,35 yuan/Wh » et pourrait entrer dans l'ère des 0,15 yuan à l'avenir.
De 2021 à aujourd'hui, les acteurs du marché du LFP sont devenus plus diversifiés, et des entreprises traditionnelles de matériaux ternaires telles que Easpring Technology, Hunan Changyuan Lico, Guangdong Brunp et Nantong Reshine ont également commencé à émerger depuis 2024. Brunp construira une nouvelle capacité de LFP de 450 000 tonnes par an à Yichang, dans la province du Hubei.
Le 26 février 2024, le Bureau de protection de l'environnement de Yichang a publié le premier avis public sur l'évaluation de l'impact environnemental du projet de nouvelle génération de LFP de 450 000 tonnes par an de Brunp.
Affecté par les faibles prix des appels d'offres au second semestre 2023, les frais de transformation dominants du LFP en juillet 2024 se sont approchés de 15 500 yuan/tonne. Dans le même temps, le prix du carbonate de lithium a chuté de plus de 15 000 yuan/tonne, et le prix de transaction du LFP a franchi la barre des 40 000 yuan/tonne, entrant dans la fourchette des 30 000 yuan/tonne. En octobre-novembre 2024, les frais de transformation hors carbonate de lithium étaient d'environ 14 000 yuan/tonne.
Fourchette de prix de vente dominants :
Niveau 1 : Hunan Yuneng, Dynanonic, Fulin Precision Machining
Niveau 2 : Anda Technology, Hubei Wanrun, Lopal, Youshan Technology, Rongtong High-Tech
Autres nouveaux entrants
Du point de vue des frais de transformation, les taux d'utilisation des installations ayant constamment dépassé 50 %, les entreprises ont progressivement réduit le coefficient d'escompte pour le carbonate de lithium, réduisant les commandes à bas prix déficitaires et tentant d'obtenir plus de commandes à prix élevé, ce qui a entraîné une légère augmentation des frais de transformation globaux.
À partir du second semestre 2024, un grand volume de produits LFP à haute densité de compactage sera expédié. En raison des barrières techniques élevées, ces produits se vendront à un prix plus élevé, avec des bénéfices supérieurs de 1 000 à 2 000 yuan : l'approvisionnement dominant en produits à haute densité de compactage utilise un deuxième procédé de frittage, les produits Yuneng se vendant à un prix plus élevé de 2 000 à 3 000 yuan, et les coûts devant être supérieurs de 1 000 à 2 000 yuan, ce qui se traduit par un bénéfice global supérieur de 1 000 à 2 000 yuan.
2. Voies de production du LFP
2.1 Voie de l'oxalate de fer
Le procédé de l'oxalate de fer est la première méthode de production du LFP, utilisant initialement de l'oxalate de fer, du phosphate monoammonique (MAP) et du carbonate de lithium comme matières premières, ce qui produisait une grande quantité de gaz CO2, une perte de carbone importante et une qualité de produit inégale, avec une faible densité de coulée. De plus, il libérait de l'ammoniac, polluant l'environnement.
Actuellement, certaines entreprises utilisent un procédé amélioré, faisant réagir l'oxalate de fer avec le phosphate dihydrogénique de lithium. Sans libération d'ammoniac, cette méthode produit du LFP à haute densité de compactage.
Actuellement, seules quelques entreprises en Chine, telles que Fulin Precision Machining et Hunan Pengbo New Energy, utilisent cette méthode. Le coût de l'oxalate de fer est relativement élevé, et des solvants organiques sont nécessaires comme dispersants, ce qui rend le coût global élevé. Cependant, lorsque le prix du carbonate de lithium était élevé, le coût de l'oxalate de fer avait peu d'impact sur le coût total. Maintenant, alors que le prix du carbonate de lithium revient à des niveaux rationnels, cette voie technologique fait face à des pressions de coût. Actuellement, les produits LFP produits par cette voie technologique peuvent atteindre une densité de compactage de 2,65-2,70, avec un prix de vente plus élevé par rapport aux produits conventionnels.
Actuellement, l'industrie connaît une concurrence féroce, les entreprises LFP fonctionnant en dessous de leur capacité et la plupart subissant des pertes, mais Fulin Precision Machining reste pleinement opérationnelle et rentable.
2.2 Voie de l'oxyde de fer rouge
Au début, VALENCE, basée aux États-Unis, et Changyuan Technology, basée à Taïwan, ont utilisé cette voie technologique pour produire du LFP, utilisant initialement de l'oxyde de fer rouge, du MAP et du carbonate de lithium comme matières premières, ce qui libérait de l'ammoniac, polluant l'environnement. Plus tard, ils ont utilisé de l'oxyde de fer rouge et du phosphate dihydrogénique de lithium pour produire du LFP, surmontant le problème de la génération d'ammoniac.
Avantages de cette voie : coût plus faible, bonnes performances de revêtement pendant la production des batteries.
Inconvénients : capacité plus faible, risque de réduction incomplète du fer trivalent, approvisionnement limité en oxyde de fer rouge de haute qualité et à faible coût, et à mesure que le coût du phosphate de fer diminue progressivement, l'avantage de coût de l'oxyde de fer rouge diminuera.
Actuellement, seules quelques entreprises en Chine, telles que Chongqing Tery et GCL New Energy, utilisent cette voie technologique.
On dit que Chongqing Tery et GCL utilisent une méthode de frittage secondaire, améliorant les performances électrochimiques du produit.
Actuellement, avec le faible prix du phosphate de fer, l'avantage de coût de la voie de l'oxyde de fer rouge n'est plus significatif.
2.3 Voie de l'acide phosphorique
Hubei Wanrun et BYD ont été les premiers en Chine à utiliser cette voie technologique pour produire du LFP. Au départ, le prix du phosphate de fer était très élevé, atteignant 38 000 yuan/tonne. Avec l'implication des entreprises chimiques du phosphore et du titane, le prix du phosphate de fer a considérablement diminué, et cette voie technologique est devenue dominante, représentant plus de 85 % de la part de marché.
Avantages de cette voie : rendement élevé, excellentes performances des produits, procédé propre et respectueux de l'environnement.
Inconvénients : coût légèrement plus élevé, grandes quantités d'eaux usées nécessitant une concentration et une cristallisation pendant la production du phosphate de fer.
Actuellement, la plupart des entreprises en Chine, dont Hunan Yuneng, Hubei Wanrun, BYD, CATL, Lopal et Hubei Rongtong, utilisent cette voie technologique.
Actuellement, les produits fabriqués selon ce procédé peuvent atteindre une densité de compactage de 2,6 et une capacité de 145.
Actuellement, parmi les entreprises utilisant ce procédé, seul Hunan Yuneng est rentable, tandis que les autres subissent principalement des pertes.
Récemment, le prix du sulfate de fer a augmenté, entraînant une hausse du prix du phosphate de fer, qui a été répercuté sur le LFP en aval, augmentant de 300 à 500 yuan/tonne.
2.4 Voie du Fe(NO₃)₃
2.5 Méthode hydrothermale
3. Voies de production du phosphate de fer
3.3 Méthode du FeCl₃
Les aciéries génèrent une grande quantité d'eaux usées provenant du lavage à l'acide des tôles d'acier, contenant des concentrations élevées de FeCl₃. Auparavant, cela était utilisé pour produire de l'oxyde de fer rouge de faible valeur, mais il peut maintenant être utilisé pour produire du phosphate de fer de haute valeur.
FeCl₃ + H₃PO₄ + 3NH₃ = FePO₄ + 3NH₄Cl
Cette méthode produit du phosphate de fer de haute pureté, atteignant le niveau d'un procédé en deux étapes utilisant du sulfate de fer en une seule étape.
4. Analyse des coûts du LFP
5. Rentabilité du LFP
Au premier semestre 2024, les performances opérationnelles globales de l'industrie du LFP sont restées médiocres, Hunan Yuneng étant la seule à être rentable. Cependant, la marge de perte pour la plupart des entreprises a considérablement diminué par rapport à la même période l'année précédente, Wanrun New Energy et Fulin Precision Machining passant leurs marges brutes du négatif au positif.
Actuellement, l'industrie du LFP est toujours dans une phase de déséquilibre entre l'offre et la demande. Les coûts de fabrication sont un facteur central affectant la compétitivité, comprenant principalement les matières premières directes, les frais de fabrication et les coûts énergétiques, le coût du carbonate de lithium étant la plus grande composante.Par conséquent, la stabilité des prix du carbonate de lithium est déterminante pour les performances commerciales.
De plus, dans un marché où les marges brutes sont faibles, les entreprises doivent constamment préserver leurs avantages en termes de capacité, garantir un fonctionnement à pleine charge et réduire les coûts unitaires de production.
6. Mécanisme de tarification du LFP
Mécanisme de tarification actuel du LFP dans l'industrie
Modèle d'appel d'offres de BYD :
Coût du carbonate de lithium + frais de transformation (y compris le phosphate de fer et autres matières premières auxiliaires)
10 % de réduction sur le prix du carbonate de lithium + 13 000 à 16 000 yuan/tonne
75 000 x 0,9 x 0,245 + 16 000 = 32 537 yuan/tonne
75 000 x 0,245 + 14 000 = 32 375 yuan/tonne
Actuellement, avec ce prix, il y a une perte de 2 000 à 5 000 yuan/tonne.
7. Opportunités de développement pour le LFP
7.1 LFP à haute densité de compaction
Pour augmenter la densité énergétique des batteries sans modifier le volume, il faut améliorer la densité de compaction de la feuille de cathode LFP. Le Shenhao Plus de CATL utilise une technologie de classification des particules dans la cathode pour atteindre une densité de compaction ultra-élevée.
Le LFP à haute densité de compaction (méthode au phosphate de fer) nécessite un processus de frittage secondaire, ce qui exige des normes plus élevées pour la préparation des précurseurs et la classification de la taille des particules.
Le processus de frittage secondaire implique deux étapes de frittage à des températures et/ou dans des atmosphères différentes pendant la préparation du LFP afin d'optimiser la microstructure, d'améliorer la cristallinité, la densité, la densité de compaction et de renforcer les performances électrochimiques. Chaque temps de frittage doit être contrôlé avec précision pour garantir une réaction et une densification complètes, tout en évitant une frittage excessive qui entraînerait une croissance des grains. La densité de compaction du LFP peut être améliorée grâce à un processus de frittage secondaire.
LFP à haute densité de compaction : Actuellement, les principales voies de fabrication sont la méthode au phosphate de fer et la méthode à l'oxalate de fer. Les avantages de ces deux méthodes résident dans leur capacité à atteindre une densité énergétique plus élevée, la méthode à l'oxalate de fer ayant été la première à atteindre une fourniture en masse, tandis que la plupart des entreprises adoptent la méthode au phosphate de fer.
7.2 LFP à haut taux de décharge C pour applications à basse température
Le LFP est toujours confronté à des problèmes de charge rapide et de faibles performances à basse température. SD Lomon a développé un LFP à haut taux de décharge C avec des particules de taille nanométrique, qui peut résoudre les goulots d'étranglement de la charge rapide et de la décharge à basse température.
7.3 LFMP à haute densité énergétique
En 2024, le marché du LFMP est largement dominé par trois entreprises : Hengchuang Nano, Ronbay Skoltech et Dynanonic, les autres entreprises ayant des livraisons minimes, principalement axées sur la livraison d'échantillons.
Bien que la taille du marché du LFMP reste relativement faible, les investissements de l'industrie dans ce domaine continuent d'être fervents.
7.4 Chaîne de production LFP à grande échelle et intelligente
Alors que la capacité de production du LFP continue d'augmenter, les exigences en matière d'équipements de production à grande échelle, intelligents et plus efficaces augmentent également.
(1) Broyeur à billes vertical à grande échelle
En termes de difficulté de fabrication, les broyeurs à billes verticaux sont plus faciles à produire car ils évitent les problèmes d'étanchéité, ce qui entraîne des coûts de fabrication plus faibles. Par conséquent, les broyeurs à billes verticaux sont plus adaptés aux produits ayant des exigences moins élevées mais des volumes de production élevés.
La conception verticale du rotor de broyage du broyeur à billes évite également les problèmes de déformation de l'axe communs aux broyeurs à billes horizontaux traditionnels. De plus, la pression accrue due à l'accumulation des éléments de broyage offre un potentiel d'amélioration de l'efficacité de broyage.
(2) Grand four rotatif
Un four rotatif produit par une certaine entreprise a un tube de four d'environ 40 mètres de long et d'environ 2 mètres de diamètre. Une seule unité peut produire plus de 10 000 tonnes de LFP par an. L'équipement est spécifiquement conçu pour le traitement à haute température en continu du LFP, utilisant une structure de four rotatif externe chauffé électriquement. Il chauffe en permanence le produit à travers des sections à température contrôlée à l'intérieur du four, garantissant un chauffage uniforme, une réaction complète, une qualité de produit constante, un fonctionnement stable et fiable, une maintenance simple et des coûts d'exploitation faibles.
8. Conclusion
1. Le matériau de cathode est le matériau central et clé des batteries lithium-ion, déterminant leurs performances et leur coût.
2. En raison de ses avantages en termes de coût et de sécurité, le LFP est devenu le courant dominant du marché, avec une part de marché dépassant 70 %.
3. En raison des progrès de la technologie de fabrication des batteries lithium-ion et de la technologie de fabrication automobile, de l'application des batteries LFP à lames, des technologies CTP, CTC, CTB et de l'introduction du LFP à haute densité de compaction, la densité énergétique du LFP a considérablement augmenté. Par conséquent, les batteries LFP ont commencé à être largement utilisées sur le marché des véhicules électriques de tourisme et sur le marché des systèmes de stockage d'énergie.
4. Les voies de production du LFP et du phosphate de fer coexistent de manière diversifiée. À l'avenir, le développement du LFP nécessitera des progrès technologiques dans les matières premières, les processus de production et les équipements de production clés afin de réduire considérablement les coûts de production et d'améliorer les performances des produits. Le LFP à haute densité de compaction, le LFP à haut taux de décharge C et le LFP à faible coût représentent des opportunités de développement futures.
5. Le LFP à haute densité de compaction, le LFP à haut taux de décharge C et le LFP à faible coût représentent des opportunités de développement futures.
