Fosfato de litio y hierro VS baterías de litio ternarias

01 Antecedentes del desarrollo de baterías de iones de litio. 

Con el progreso continuo de la sociedad moderna y el rápido desarrollo de la economía industrial, la escasez de energía global y los problemas de contaminación ambiental se están volviendo cada vez más graves. Para hacer frente a la cada vez más grave crisis energética y los problemas de contaminación ambiental, la mayoría de los países del mundo han comenzado a formular estrategias relevantes de desarrollo sostenible, una de las cuales es la electrificación del sistema de transporte, que incluye principalmente el desarrollo y la aplicación de vehículos eléctricos de batería. (BEV), vehículos eléctricos híbridos (HEV) y vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV). En los últimos años, el desarrollo de vehículos de nueva energía ha avanzado por completo y la participación de mercado ha aumentado, como se muestra en la Figura 1. Según los datos publicados por el Ministerio de Seguridad Pública de China, a finales de 2022, el número de vehículos de nuevas energías en China superó los 13,1 millones de vehículos, lo que representa el 4,1% del número total de vehículos, con un crecimiento interanual. -Aumento anual del 67,13%, entre los cuales el número de vehículos eléctricos puros es de 104,5 millones de vehículos, lo que representa el 79,77% del número total de vehículos de nueva energía. En 2021, las ventas de vehículos de nuevas energías en China alcanzaron los 3.521 millones de vehículos, un aumento interanual de 1,6 veces, ocupando el primer lugar en el mundo durante siete años consecutivos. En el futuro previsible, los vehículos de nueva energía seguirán manteniendo un alto ritmo de desarrollo. 

Figura 1 Cambios en el número de vehículos de nueva energía en China de 2018 a 2022

La alta tasa de crecimiento de los vehículos de nueva energía también impulsa el rápido desarrollo de la industria de las baterías eléctricas. Como componente central de los vehículos eléctricos, el rendimiento de las baterías eléctricas determina directamente el desarrollo y la popularización de los vehículos eléctricos. Para las baterías de energía de vehículos, se centra principalmente en la densidad de energía de la batería, la densidad de potencia, el ciclo de vida, la seguridad y otros rendimientos. En los últimos años, con el desarrollo de la tecnología de almacenamiento de energía, los dispositivos de almacenamiento de energía comúnmente utilizados para vehículos eléctricos se pueden dividir en cinco categorías, a saber: baterías de plomo-ácido, baterías de hidruro metálico de níquel, baterías de iones de litio, supercondensadores y baterías de combustible. células. Con base en los datos existentes, este documento compara el rendimiento clave de estos cinco tipos de dispositivos de almacenamiento de energía, como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1 Comparación del rendimiento clave de los dispositivos de almacenamiento de energía utilizados habitualmente para vehículos eléctricos

Como se puede ver en la comparación de la Tabla 1, las baterías de iones de litio tienen excelentes rendimientos, como alta densidad de energía, gran capacidad, sin efecto memoria, pequeña resistencia interna y largo ciclo de vida, lo que las convierte en el mejor dispositivo de almacenamiento de energía con la mejor gama completa. desempeño en la actualidad. Con muchas empresas, instituciones de investigación científica y una participación eficiente en la investigación y el desarrollo de baterías de iones de litio, el desarrollo de las baterías de iones de litio ha dado un salto cualitativo. 

02 Clasificación y comparación de rendimiento de baterías de iones de litio.

Las diferencias en los materiales de los ánodos y cátodos, los materiales de los electrolitos y los procesos de producción de las baterías de iones de litio hacen que las baterías muestren diferentes rendimientos y tengan diferentes nombres. En la actualidad, las baterías de iones de litio del mercado se denominan según los materiales del cátodo. La Figura 4 compara cuatro materiales catódicos diferentes de baterías de iones de litio, a saber, batería de iones de litio de manganato de litio (LMO), batería de iones de litio de fosfato de hierro y litio (LFP), batería ternaria de iones de litio (NCM) de níquel-cobalto-manganeso y níquel. -Batería ternaria de iones de litio (NCA) de cobalto-aluminio. No es difícil ver que en términos de densidad de energía, el sistema ternario (es decir, NCM y NCA) funcionan mejor y una mayor densidad de energía puede aumentar efectivamente la autonomía de los vehículos eléctricos; en términos de rendimiento de seguridad y ciclo de vida, LFP tiene el mejor rendimiento, por lo que la batería se usa ampliamente en algunas maquinarias eléctricas de servicio pesado o en el campo de autobuses eléctricos; En términos de costo de uso, a excepción de NCA, otras baterías de iones de litio con otros sistemas de materiales funcionan mejor. En la actualidad, las empresas y los usuarios nacionales y extranjeros están más preocupados por la autonomía, la seguridad, la vida útil y otros rendimientos de la batería. Por lo tanto, las baterías ternarias de iones de litio y LFP son los productos principales en el mercado actual de baterías eléctricas. 

03 fosfato de hierro y litio y vía ternaria 

Con base en lo mencionado anteriormente, como productos principales en el mercado actual de baterías eléctricas, la proporción instalada de baterías de fosfato de litio-hierro y de litio ternario está aumentando. Por lo tanto, la batalla actual de las baterías de iones de litio es la batalla entre el fosfato de hierro y litio ternario. La Tabla 2 muestra las ventajas y desventajas de las dos baterías de iones de litio. Al mismo tiempo, según los datos públicos instalados de baterías eléctricas, esta sección resume la proporción instalada de baterías de iones de litio que utilizan diferentes materiales catódicos de 2017 a 2022, como se muestra en la Figura 5 

Tabla 2 Comparación de las ventajas y desventajas de las baterías ternarias de iones de litio y las baterías de fosfato de hierro y litio

Figura 5 La proporción instalada de diferentes materiales catódicos desde 2017 hasta 2022

Es fácil ver en la figura que en 2018, la proporción instalada de baterías ternarias de iones de litio superó a la de baterías de fosfato de hierro y litio, y en los tres años siguientes, la proporción de mercado de baterías ternarias de iones de litio en el campo de la electricidad. vehículos ha sido mayor que el de las baterías de fosfato de hierro y litio. El motivo principal es el Aviso sobre el Ajuste y Mejora de la Política de Subsidios Financieros para la Promoción y Aplicación de Vehículos de Nuevas Energías emitido por el Ministerio de Finanzas en 2018. El documento toma el kilometraje de resistencia como estándar de subsidio para vehículos de pasajeros de nueva energía, como se muestra en la Tabla 3. En comparación con las baterías de fosfato de hierro y litio, las baterías ternarias de iones de litio tienen una mayor densidad de energía y un kilometraje de resistencia más largo, por lo que son las preferidas por la mayoría de los nuevos. vehículos y usuarios de energía durante este período. Cuadro 3 Normas de subvenciones para vehículos de pasajeros de nuevas energías en el Aviso sobre el ajuste y la mejora de la política de subvenciones financieras para la promoción y aplicación de vehículos de nuevas energías emitido por el Ministerio de Hacienda en 2018 

Sin embargo, en 2021, la proporción instalada de baterías de fosfato de hierro y litio volvió a superarse y en los años siguientes la proporción se mantuvo alta; las razones principales son las siguientes: 

Cambios en la política de subvenciones a vehículos de nuevas energías. En 2020, el Ministerio de Finanzas en el documento "Aviso sobre la mejora de la promoción y aplicación de la política de subsidios para vehículos de nuevas energías" mencionó la extensión del período de subsidio para vehículos de nuevas energías, la fuerza y ​​el ritmo del retiro suave de los subsidios, la política serán las baterías ternarias de iones de litio. y las baterías de fosfato de hierro y litio vuelven a la misma línea de salida 

Los accidentes de combustión espontánea de vehículos de nueva energía ocurren con frecuencia, y la atención de las empresas y los usuarios se centró gradualmente en la seguridad. La Figura 6 muestra las estadísticas de incendios de vehículos eléctricos en China en 2019. Se puede encontrar que en muchos accidentes de incendio de vehículos eléctricos, la proporción de vehículos eléctricos que utilizan baterías de fosfato de hierro y litio es la más pequeña. Al mismo tiempo, experimentos relevantes han demostrado que las baterías de fosfato de hierro y litio tienen mayores ventajas que las baterías de litio ternarias en cuanto a estabilidad térmica, como que la perforación no explota y la sobrecarga no es inflamable.

Figura 6 Análisis estadístico de incendios de vehículos eléctricos en China en 2019

En comparación con las baterías ternarias de iones de litio, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen un costo menor y un rendimiento de mayor costo. El costo promedio de la industria de las baterías muestra que las baterías de fosfato de hierro y litio cuestan 0,6 rmb/Wh y las baterías ternarias de iones de litio son 0,8 rmb/Wh.  Además, afectado por la cadena de suministro, el precio de los metales de níquel y cobalto ha aumentado considerablemente en los últimos años, lo que ha provocado que el costo de las baterías ternarias de iones de litio se dispare, por lo que el costo de las baterías de fosfato de hierro y litio relativamente bajas buscadas gradualmente por la gente. 

04 conclusión

En resumen, como las dos principales rutas tecnológicas de baterías en la industria mundial de vehículos eléctricos, la "guerra" entre las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías ternarias de iones de litio nunca se ha detenido. Desde el punto de vista del rendimiento, las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías ternarias de iones de litio tienen sus propias ventajas y desventajas. Las baterías ternarias de iones de litio tienen alta densidad de energía y buen rendimiento a baja temperatura; Las baterías de fosfato de hierro y litio tienen un bajo costo, una larga vida útil y un buen rendimiento de seguridad. Por lo tanto, en el futuro, las baterías ternarias de iones de litio y las baterías de fosfato de hierro y litio coexistirán durante mucho tiempo, no existe una relación completa de aplastamiento o sustitución, solo un flujo y reflujo gradual.