Аккумуляторная независимость: как в России развивается производство литий-ионных накопителей энергии
В России есть несколько компаний, производящих аккумуляторы, но работают они на импортном сырье, в основном китайском. До недавнего времени у нас не было ни своего лития, ни высокочистых солей, ни катодного материала. Сегодня страна стремится к независимости в этой области, и решением проблемы занимается много компаний. Одной из самой перспективных выглядит связка «Норникеля» с «Росатомом», цель которой – локализовать производство литий-ионных аккумуляторов в России на всех этапах, от сырья до готовых изделий.
Свои батареи: литий
Россия занимает третье место в мире по запасам ценного металла, но уже давно не добывает сырье. А между тем существует несколько способов его добычи. При гидроминеральном способе минерализованные подземные воды закачиваются в специальные бассейны, а затем выпариваются. В «литиевом треугольнике» на границе Боливии, Чили и Аргентины, где находится половина мировых запасов металла, этот этап пропускают: там имеются природные озера с высоким процентом растворенных солей. Затем из концентрата получают карбонат лития – самый ценный материал для производства аккумуляторов.
При втором, более затратном способе литий добывают из руды. Именно так, в карьерах и шахтах, это делалось в СССР, но позже экономика проекта не выдержала конкуренции с дешевым импортным сырьем. Сегодня все изменилось: с Чили и Аргентиной возникли проблемы, осталась только Боливия, но там есть сложности с логистикой. Имеются запасы лития и в Китае, однако они не поставляются на экспорт.
С другой стороны, цена металла за последние годы выросла более чем на порядок – с 6000 долл. за тонну в 2020-м до 84 500 долл. в ноябре 2022-го, что сделало рентабельной его добычу шахтным способом, а значит, появилась возможность устранить зависимость России от импортных материалов. Самый масштабный из новых проектов – разработка крупнейшего и наиболее перспективного Колмозерского месторождения литиевых руд в Мурманской области и дальнейшая глубокая переработка сырья вплоть до выпуска готовых батарей из литий-ионных аккумуляторов. Проект реализуется совместными усилиями ГМК «Норникель» и ГК «Росатом», у которых есть нужные компетенции в геологоразведке, добыче и обогащении. В районе месторождения предполагается не только карьер, но и обогатительная фабрика.
Дальнейшей переработкой с получением сверхчистого карбоната и гидроксида лития, необходимых для изготовления батарей, займется «Норникель». «РЭНЕРА» – предприятие «Росатома» – обеспечит выпуск литий-ионных аккумуляторов и батарей. Для этого в стране планируется построить несколько гигафабрик, первая из которых откроется уже в 2025 году. Предприятие полного цикла обеспечит прохождение всех этапов производства – от смешения компонентов катодных и анодных масс до выходного контроля готовой продукции. Предполагается, что отечественные батареи будут применяться в электротранспорте и стационарных системах накопления электроэнергии.
Катодные материалы
До 50% стоимости готового аккумулятора приходится на катодный материал. Одним из наиболее перспективных составов является литий-никелево-марганцево-кобальтовый оксид с разным соотношением металлов. На сегодняшний день материалы такого типа в России производятся в объемах, не превышающих десятки килограммов, – для полноценного производства этого недостаточно. Компания «Норникель», поставщик высокочистых никеля и кобальта – основных компонентов катодных материалов, инициировала разработку собственной технологии их получения.
Необходимые исследования проводит подразделение ГМК – «Гипроникель», один из крупнейших научно-исследовательских и проектных институтов России в области технологии горных работ, металлургии, обогащения и переработки минерального сырья. Специалисты «Гипроникеля» имеют огромный опыт в области химических процессов, и перед ними сейчас поставлена задача по созданию технологии промышленного получения сверхчистых солей металлов батарейного качества и отечественных катодных материалов. Сегодня технология уже находится в высокой степени готовности: специалисты «Гипроникеля» научились получать соли и катодные материалы, качество и характеристики которых подтверждены в независимых лабораториях. Следующий этап – масштабирование и создание пилотной установки производительностью до нескольких тонн готового продукта.
Катодный материал – полдела, изготовление самих аккумуляторов тоже довольно сложная задача: здесь и нанесение суспензии на металлическую фольгу, и получение сепараторных пленок, и изготовление «бутерброда» из электродов, и надежная герметизация. Процесс требует особой стерильности и ведется в так называемых чистых помещениях с пониженным и контролируемым содержанием влаги в атмосфере. Все эти технологии отрабатываются в «Гипроникеле». На тестовых стендах прототипы круглосуточно проходят многочисленные циклы заряда-разряда, подтверждая заявленные характеристики.
«Аккумуляторный суверенитет» позволит России прогнозировать развитие целых секторов экономики на долгосрочную перспективу. А новые компетенции отечественных предприятий лягут в основу современных высококонкурентных продуктов.
Сегодня технологии промышленного получения сверхчистых солей металлов батарейного качества и отечественных катодных материалов находятся в высокой степени готовности.