Литий-железо-фосфатные батареи против тройных литиевых батарей

01 История разработки литий-ионных аккумуляторов 

В условиях непрерывного прогресса современного общества и быстрого развития индустриальной экономики глобальная нехватка энергии и проблемы загрязнения окружающей среды становятся все более серьезными. Чтобы справиться со все более серьезным энергетическим кризисом и проблемами загрязнения окружающей среды, большинство стран мира начали формулировать соответствующие стратегии устойчивого развития, одной из которых является электрификация транспортной системы, в основном включая разработку и применение аккумуляторных электромобилей. (BEV), гибридные электромобили (HEV) и гибридные электромобили (PHEV). В последние годы разработка транспортных средств на новой энергии идет полным ходом, и их доля на рынке растет, как показано на рисунке 1. По данным Министерства общественной безопасности Китая, к концу 2022 года количество автомобилей на новых источниках энергии в Китае превысило 13,1 млн автомобилей, что составит 4,1% от общего количества автомобилей, причём годом ранее -годовой рост на 67,13%, среди которых количество чистых электромобилей составляет 104,5 миллиона автомобилей, что составляет 79,77% от общего количества транспортных средств на новой энергии. В 2021 году продажи автомобилей на новых источниках энергии в Китае достигли 3,521 миллиона автомобилей, увеличившись в годовом исчислении в 1,6 раза, заняв первое место в мире семь лет подряд. В обозримом будущем автомобили на новой энергии продолжат сохранять высокие темпы развития. 

Рисунок 1. Изменение количества автомобилей на новых источниках энергии в Китае с 2018 г. по 2022

Высокие темпы роста производства транспортных средств на новых источниках энергии также способствуют быстрому развитию индустрии аккумуляторных батарей. Производительность аккумуляторов, являющихся основным компонентом электромобилей, напрямую определяет развитие и популяризацию электромобилей. Для автомобильных аккумуляторов основное внимание уделяется плотности энергии аккумулятора, плотности мощности, сроку службы, безопасности и другим характеристикам. В последние годы, с развитием технологий хранения энергии, широко используемые устройства хранения энергии для электромобилей можно разделить на пять категорий, а именно: свинцово-кислотные батареи, никель-металлогидридные батареи, литий-ионные батареи, суперконденсаторы и топливные батареи. клетки. На основе существующих данных в этой статье сравниваются ключевые характеристики этих пяти типов устройств хранения энергии, как показано в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение основных характеристик широко используемых накопителей энергии для электромобилей

Как видно из сравнения в Таблице 1, литий-ионные аккумуляторы обладают превосходными характеристиками, такими как высокая плотность энергии, большая емкость, отсутствие эффекта памяти, небольшое внутреннее сопротивление и длительный срок службы, что делает их лучшим устройством хранения энергии с лучшим комплексным решением. производительность в настоящее время. Благодаря множеству предприятий, научно-исследовательских учреждений и эффективному участию в исследованиях и разработках литий-ионных аккумуляторов разработка литий-ионных аккумуляторов совершила качественный скачок. 

02 Классификация и сравнение характеристик литий-ионных аккумуляторов

Различия в материалах анода и катода, материалах электролита и процессах производства литий-ионных аккумуляторов приводят к тому, что батареи имеют разные характеристики и имеют разные названия. В настоящее время литий-ионные аккумуляторы, представленные на рынке, называются в соответствии с катодными материалами. На рисунке 4 сравниваются четыре различных материала катода литий-ионных батарей, а именно литий-манганатная литий-ионная батарея (LMO), литий-железо-фосфатная литий-ионная батарея (LFP), никель-кобальт-марганцевая тройная литий-ионная батарея (NCM), никель-кобальт-марганцевая тройная литий-ионная батарея (NCM), никелевая литий-ионная батарея. -кобальт-алюминиевый тройной литий-ионный аккумулятор (NCA). Нетрудно видеть, что с точки зрения плотности энергии тройная система (т. NCM и NCA) работают лучше, а более высокая плотность энергии может эффективно увеличить запас хода электромобилей; с точки зрения безопасности и срока службы LFP работает лучше всего, поэтому аккумулятор широко используется в некоторых тяжелых электрических машинах или электрических автобусах; по стоимости использования, за исключением NCA, лучше работают другие литий-ионные аккумуляторы с другими материалами системы. В настоящее время отечественные и зарубежные предприятия и пользователи больше всего обеспокоены дальностью действия аккумулятора, безопасностью, сроком службы и другими характеристиками. Таким образом, тройные литий-ионные батареи и LFP являются основными продуктами на современном рынке аккумуляторов. 

03 литий-железо-фосфат и тройной путь 

На основании вышеизложенного, поскольку в настоящее время рынок аккумуляторов является основной продукцией, доля установленных литий-железо-фосфатных и тройных литиевых батарей увеличивается. Таким образом, текущая битва литий-ионных аккумуляторов — это битва между тройным фосфатом лития и литий-железом. В таблице 2 приведены преимущества и недостатки двух литий-ионных аккумуляторов. В то же время, на основе общедоступных данных об установленных силовых батареях, в этом разделе суммирована доля установленных литий-ионных батарей с различными катодными материалами с 2017 по 2022 год, как показано на рисунке. 5 

Таблица 2 Сравнение преимуществ и недостатков тройных литий-ионных аккумуляторов и литий-железо-фосфатных аккумуляторов

Рисунок 5. Установленная доля различных катодных материалов с 2017 г. по 2022

Из рисунка легко видеть, что в 2018 году доля установленных троичных литий-ионных аккумуляторов превысила долю литий-железо-фосфатных аккумуляторов, а в последующие три года рыночная доля троичных литий-ионных аккумуляторов в сфере электроэнергетики превысила долю литий-железо-фосфатных батарей. транспортных средств было выше, чем у литий-железо-фосфатных батарей. Основной причиной является Уведомление о корректировке и совершенствовании политики финансового субсидирования для продвижения и применения транспортных средств на новых источниках энергии, выпущенное Министерством финансов в 2018 году. В документе в качестве стандарта субсидирования для пассажирских транспортных средств на новых источниках энергии в документе принят пробег в километраже, как показано в Таблице 3. По сравнению с литий-железо-фосфатными батареями, тройные литий-ионные батареи имеют более высокую плотность энергии и более длительный пробег, поэтому их предпочитают большинство новых энергетических транспортных средств и пользователей в этот период. Таблица 3. Нормы субсидий для пассажирских транспортных средств на новых источниках энергии в Уведомлении о корректировке и совершенствовании политики финансового субсидирования для продвижения и применения транспортных средств на новых источниках энергии, выпущенном Министерством финансов в 2018 

Однако в 2021 году доля установленных литий-железо-фосфатных аккумуляторов снова превысила уровень, и в последующие несколько лет эта доля оставалась высокой, основные причины заключаются в следующем.: 

Изменения в политике субсидирования новых энергетических транспортных средств. В 2020 году Министерство финансов в документе «Уведомление о совершенствовании продвижения и применения политики субсидирования транспортных средств на новых источниках энергии» упомянуло о продлении периода субсидирования транспортных средств на новых источниках энергии, постепенном уменьшении силы и ритма субсидий, политика будет использовать троичные литий-ионные батареи. и литий-железо-фосфатные батареи вернулись на ту же стартовую линию 

Аварии с самовозгоранием на новых энергетических транспортных средствах происходят часто, предприятия и пользователи постепенно смещают внимание к безопасности. На рисунке 6 представлена ​​статистика пожаров на электромобилях в Китае в 2019 году. Видно, что во многих пожарах на электромобилях доля электромобилей, использующих литий-железо-фосфатные батареи, наименьшая. В то же время соответствующие эксперименты доказали, что литий-железо-фосфатные батареи имеют большие преимущества, чем тройные литиевые батареи, по термической стабильности, например, при проколе не взрываются, перезарядка не воспламеняется.

Рисунок 6 Статистический анализ пожаров на электромобилях в Китае 2019

По сравнению с тройными литий-ионными батареями, литий-железо-фосфатные батареи имеют более низкую стоимость и более высокие эксплуатационные характеристики. Средняя себестоимость аккумуляторной промышленности показывает, что литий-железо-фосфатные батареи стоят 0,6 юаней/ч, а тройные литий-ионные батареи — 0,8 юаней/ч.  Кроме того, под влиянием цепочки поставок цены на металлы никель и кобальт в последние годы значительно выросли, что привело к резкому росту стоимости троичных литий-ионных батарей, поэтому люди постепенно стали искать относительно низкую стоимость литий-железо-фосфатных батарей. 

04 Заключение

Таким образом, поскольку в мировой индустрии электромобилей существуют два основных направления в области аккумуляторных технологий, «война» между литий-железо-фосфатными батареями и тройными литий-ионными батареями никогда не прекращалась. С точки зрения производительности литий-железо-фосфатные батареи и тройные литий-ионные батареи имеют свои преимущества и недостатки. Тройные литий-ионные батареи имеют высокую плотность энергии и хорошие характеристики при низких температурах; Литий-железо-фосфатные батареи имеют низкую стоимость, длительный срок службы и хорошие показатели безопасности. Поэтому в будущем тройные литий-ионные аккумуляторы и литий-железо-фосфатные аккумуляторы будут сосуществовать еще долгое время, здесь нет полного разрушения или взаимозамещения, а только поэтапный прилив и отлив.