Baterias de lítio ternárias de fosfato de ferro-lítio VS

01 Histórico de desenvolvimento de baterias de íon de lítio 

Com o progresso contínuo da sociedade moderna e o rápido desenvolvimento da economia industrial, a escassez global de energia e os problemas de poluição ambiental estão a tornar-se cada vez mais graves. Para lidar com a crise energética cada vez mais grave e os problemas de poluição ambiental, a maioria dos países do mundo começou a formular estratégias relevantes de desenvolvimento sustentável, uma das quais é a electrificação do sistema de transporte, incluindo principalmente o desenvolvimento e aplicação de veículos eléctricos a bateria. (BEVs), veículos elétricos híbridos (HEVs) e veículos elétricos híbridos plug-in (PHEVs). Nos últimos anos, o desenvolvimento de novos veículos energéticos tem avançado continuamente e a quota de mercado tem aumentado, como mostra a Figura 1. De acordo com os dados divulgados pelo Ministério da Segurança Pública da China, até ao final de 2022, o número de veículos de novas energias na China ultrapassou 13,1 milhões de veículos, representando 4,1% do número total de veículos, com um ano após Aumento anual de 67,13%, entre os quais o número de veículos elétricos puros é de 104,5 milhões de veículos, representando 79,77% do número total de veículos de energia nova. Em 2021, as vendas de novos veículos energéticos na China atingiram 3,521 milhões de veículos, um aumento anual de 1,6 vezes, ocupando o primeiro lugar no mundo por sete anos consecutivos. Num futuro previsível, os novos veículos energéticos continuarão a manter um elevado ritmo de desenvolvimento 

Figura 1 Mudanças no número de veículos de energia nova na China de 2018 a 2022

A alta taxa de crescimento de novos veículos energéticos também impulsiona o rápido desenvolvimento da indústria de baterias elétricas. Como componente principal dos veículos elétricos, o desempenho das baterias de energia determina diretamente o desenvolvimento e a popularização dos veículos elétricos. Para baterias de veículos, ele se concentra principalmente na densidade de energia da bateria, densidade de potência, ciclo de vida, segurança e outros desempenhos. Nos últimos anos, com o desenvolvimento da tecnologia de armazenamento de energia, os dispositivos de armazenamento de energia comumente utilizados para veículos eléctricos podem ser divididos em cinco categorias, nomeadamente: baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel-hidreto metálico, baterias de iões de lítio, super condensadores e combustível células. Com base nos dados existentes, este artigo compara o desempenho chave destes cinco tipos de dispositivos de armazenamento de energia, conforme mostrado na Tabela 1.

Tabela 1 Comparação do desempenho chave de dispositivos de armazenamento de energia comumente usados ​​para veículos elétricos

Como pode ser visto na comparação na Tabela 1, as baterias de íons de lítio apresentam excelentes desempenhos, como alta densidade de energia, grande capacidade, sem efeito memória, pequena resistência interna e longo ciclo de vida, tornando-as o melhor dispositivo de armazenamento de energia com o melhor abrangente desempenho atualmente. Com muitas empresas, instituições de investigação científica e participação eficiente na investigação e desenvolvimento de baterias de iões de lítio, o desenvolvimento de baterias de iões de lítio deu um salto qualitativo 

02 Classificação e comparação de desempenho de baterias de íon de lítio

As diferenças nos materiais do ânodo e do cátodo, nos materiais eletrolíticos e nos processos de produção das baterias de íon-lítio fazem com que as baterias apresentem desempenhos diferentes e tenham nomes diferentes. Atualmente, as baterias de íon-lítio no mercado são nomeadas de acordo com os materiais do cátodo. A Figura 4 compara quatro materiais catódicos diferentes de baterias de íons de lítio, ou seja, bateria de íons de lítio manganato de lítio (LMO), bateria de íons de lítio de fosfato de ferro e lítio (LFP), bateria ternária de íons de lítio de níquel-cobalto-manganês (NCM), níquel -bateria ternária de íons de lítio (NCA) de cobalto-alumínio. Não é difícil ver que em termos de densidade de energia, o sistema ternário (ou seja, NCM e NCA) têm melhor desempenho e maior densidade de energia pode efetivamente aumentar a autonomia dos veículos elétricos; em termos de desempenho de segurança e ciclo de vida, o LFP tem melhor desempenho, de modo que a bateria é amplamente utilizada em algumas máquinas elétricas pesadas ou no campo de ônibus elétrico; em termos de custo de uso, exceto NCA, outras baterias de íon-lítio com outros sistemas de materiais apresentam melhor desempenho. Atualmente, as empresas e usuários nacionais e estrangeiros estão mais preocupados com o alcance, segurança e vida útil da bateria e outros desempenhos. Portanto, baterias ternárias de íons de lítio e LFP são os principais produtos no atual mercado de baterias de energia 

03 fosfato de ferro-lítio e via ternária 

Com base no acima mencionado, como os principais produtos no mercado atual de baterias de energia, a proporção instalada de fosfato de ferro-lítio e baterias ternárias de lítio está aumentando. Portanto, a batalha atual da bateria de íons de lítio é a batalha entre o ternário e o fosfato de ferro-lítio. A Tabela 2 apresenta as vantagens e desvantagens das duas baterias de íon de lítio. Ao mesmo tempo, com base nos dados públicos instalados de baterias de energia, esta seção resume a proporção instalada de baterias de íons de lítio usando diferentes materiais catódicos de 2017 a 2022, conforme mostrado na Figura 5 

Tabela 2 Comparação das vantagens e desvantagens de baterias ternárias de íon de lítio e baterias de fosfato de ferro-lítio

Figura 5 A proporção instalada de diferentes materiais catódicos de 2017 a 2022

É fácil ver pela figura que em 2018, a proporção instalada de baterias ternárias de íons de lítio excedeu a de baterias de fosfato de ferro-lítio e, nos três anos subsequentes, a proporção de mercado de baterias ternárias de íons de lítio na área de energia elétrica veículos foi superior ao das baterias de fosfato de ferro-lítio. A principal razão é o Aviso de Ajustamento e Melhoria da Política de Subsídios Financeiros à Promoção e Aplicação de Novos Veículos Energéticos emitido pelo Ministério das Finanças em 2018. O documento considera a quilometragem de resistência como o padrão de subsídio para veículos de passageiros de nova energia, conforme mostrado na Tabela 3. Em comparação com as baterias de fosfato de ferro-lítio, as baterias ternárias de íon-lítio têm maior densidade de energia e maior quilometragem de resistência, por isso são preferidas pela maioria dos novos veículos e usuários de energia durante este período. Tabela 3 Normas de subsídios para veículos novos de passageiros energéticos constantes do Aviso de Ajustamento e Melhoria da Política de Subsídios Financeiros à Promoção e Aplicação de Veículos Novos Energéticos emitido pelo Ministério das Finanças em 2018 

No entanto, em 2021, a proporção instalada de baterias de fosfato de ferro-lítio atingiu novamente a ultrapassagem e, nos anos seguintes, a proporção permaneceu elevada, as principais razões são as seguintes: 

Mudanças na política de subsídios para novos veículos energéticos. Em 2020, o Ministério das Finanças no documento "Aviso sobre a melhoria da promoção e aplicação da nova política de subsídios aos veículos energéticos" mencionou a extensão do período de subsídio aos novos veículos energéticos, a força e o ritmo suave da retirada dos subsídios, a política será de baterias ternárias de iões de lítio e baterias de fosfato de ferro-lítio de volta à mesma linha de partida 

Novos veículos de energia acidentes de combustão espontânea ocorrem com frequência, o foco das empresas e dos usuários mudou gradualmente para a segurança. A Figura 6 mostra as estatísticas de incêndios em veículos elétricos na China em 2019. Pode-se verificar que em muitos acidentes de incêndio em veículos elétricos, a proporção de veículos elétricos que utilizam baterias de fosfato de ferro-lítio é a menor. Ao mesmo tempo, experimentos relevantes provaram que as baterias de fosfato de ferro-lítio têm maiores vantagens do que as baterias ternárias de lítio em termos de estabilidade térmica, como a perfuração, não explode, a sobrecarga não é inflamável.

Figura 6 Análise estatística de incêndios em veículos elétricos na China em 2019

Em comparação com as baterias ternárias de íon de lítio, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm custo mais baixo e desempenho de custo mais alto. O custo médio da indústria de baterias mostra que as baterias de fosfato de ferro-lítio custam 0,6 rmb/Wh e as baterias ternárias de íon de lítio custam 0,8 rmb/Wh  Além disso, afetado pela cadeia de abastecimento, o preço dos metais níquel e cobalto aumentou muito nos últimos anos, resultando no aumento do custo das baterias ternárias de íon-lítio, de modo que o custo das baterias de fosfato de ferro-lítio relativamente baixas está gradualmente sendo procurado pelas pessoas 

04 Conclusão

Em resumo, como as duas principais rotas de tecnologia de baterias na indústria global de veículos elétricos, a "guerra" entre baterias de fosfato de ferro-lítio e baterias ternárias de íon-lítio nunca parou. Do ponto de vista do desempenho, as baterias de fosfato de ferro-lítio e as baterias ternárias de íon-lítio têm suas próprias vantagens e desvantagens. As baterias ternárias de íons de lítio têm alta densidade de energia e bom desempenho em baixas temperaturas; as baterias de fosfato de ferro-lítio têm baixo custo, longa vida útil e bom desempenho de segurança. Portanto, no futuro, as baterias ternárias de íon-lítio e as baterias de fosfato de ferro-lítio coexistirão por um longo tempo, não há uma relação completa de esmagamento ou substituição, apenas um fluxo e refluxo em fases.