Una guía completa sobre baterías de iones de litio: aplicaciones en energía, consumo y almacenamiento de energía

Las baterías de iones de litio se pueden dividir en baterías de litio para consumo pequeño (3C), baterías de iones de litio para propulsión y baterías grandes de almacenamiento de energía según sus aplicaciones finales.

I. Batería de potencia

Las baterías de potencia son baterías que suministran energía a dispositivos eléctricos y actualmente representan un área de aplicación en rápido crecimiento para las baterías de iones de litio. Se utilizan ampliamente en vehículos de nueva energía, herramientas eléctricas, bicicletas eléctricas y más. Las baterías de potencia también son un tipo de batería de almacenamiento de energía, utilizadas principalmente en vehículos eléctricos. Debido a las limitaciones de tamaño y peso en los automóviles, así como a los requisitos de aceleración, las baterías de potencia tienen exigencias de rendimiento más altas que las baterías de almacenamiento de energía convencionales. Estas exigencias incluyen mayor densidad de energía, velocidades de carga más rápidas y corrientes de descarga más elevadas, mientras que las baterías de almacenamiento de energía convencionales no tienen requisitos tan estrictos.

1. características del producto:

Para las baterías de iones de litio de tipo potencia, se necesitan más consideraciones respecto a la velocidad de carga, la autonomía, la fiabilidad y la consistencia, dadas las exigencias a largo plazo (al menos 5-10 años). Densidad energética: el paquete de baterías representa aproximadamente el 25 % del peso de un automóvil, y los cambios en el peso de la batería afectan directamente al consumo energético del vehículo. Para la misma cantidad de carga, un paquete de baterías con mayor densidad energética proporciona una mayor autonomía. Velocidad de carga: la velocidad de carga también es un indicador crucial en las baterías de potencia actuales. Los principales fabricantes de baterías están diseñando actualmente tasas de carga entre 4C y 6C, o incluso superiores, para reducir el tiempo de espera del usuario. Seguridad y consistencia: los paquetes de baterías para vehículos eléctricos utilizan un gran número de baterías conectadas en serie y en paralelo. En condiciones ideales, la probabilidad de un mal funcionamiento de una batería de potencia (seguridad, almacenamiento, vida útil en ciclos, etc.) debería ser inferior a uno en cien millones. Si esta probabilidad permanece constantemente baja, la batería es propensa a sobrecargarse y descargarse en exceso durante su uso, lo que podría provocar problemas de seguridad.

2. Tipo de electrodo positivo:

Actualmente, los principales tipos de baterías de potencia en el mercado incluyen baterías de litio ternarias, baterías LiFePO4 y baterías LiMn2O4. En términos de compatibilidad general de baterías de potencia, las baterías de litio ternarias y las baterías LiFePO4 dominan el mercado. Por supuesto, otro material catódico digno de mención en el campo de las baterías de potencia es el NCA (níquel-cobalto-aluminio) (8:1.5:0.5), que ofrece una alta densidad de energía por celda, pero también presenta una barrera de entrada muy alta.

Ii. el número de personas Baterías para consumo

Las baterías para consumidores son otra área de aplicación importante de las baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio para consumidores se utilizan principalmente en productos electrónicos de consumo como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, cámaras digitales, videocámaras digitales, bancos de energía y juguetes eléctricos, los llamados "productos 3C", para celdas y módulos de baterías de litio. Principalmente se clasifican en baterías cilíndricas, prismáticas y de bolsa polimérica. Las baterías de litio cilíndricas tienen un diámetro mayor, lo que limita el grosor de los productos electrónicos de consumo final; las baterías de litio prismáticas tienen un diseño de aspecto relativamente fijo y es difícil hacerlas delgadas. Por lo tanto, ninguno de estos dos tipos de baterías de litio puede satisfacer los requisitos de algunos productos electrónicos de consumo respecto a baterías delgadas, ligeras y de tamaño variable. Las baterías de litio poliméricas de bolsa utilizan una película de aluminio-plástico como carcasa, lo que las hace ligeras, seguras y ofrece opciones de diseño más flexibles y una mayor densidad energética, haciéndolas más adecuadas para los requisitos de los productos electrónicos de consumo en cuanto a baterías delgadas, ligeras, de tamaño variable y seguras. Por ello, actualmente las baterías de litio poliméricas de bolsa son el tipo más comúnmente utilizado de batería de litio para consumidores. La industria de baterías para consumidores ya está madura, y la demanda general es relativamente estable.

1. características del producto:

Las baterías de iones de litio para consumo tienen condiciones de uso relativamente menos exigentes y no requieren fiabilidad a largo plazo. Por lo general, se utilizan de forma independiente y no necesitan emparejarse con otras baterías, por lo que los requisitos de uniformidad no son muy altos. Sin embargo, debido al espacio limitado y al valor del espacio en productos de consumo como teléfonos móviles y tabletas, las baterías de iones de litio para consumo tienen requisitos estrictos en cuanto a tamaño, capacidad y densidad energética. Las baterías de gama alta para consumo utilizan las tecnologías y materiales más avanzados, mientras que las baterías de potencia requieren un control de procesos, control de consistencia y gestión de calidad más avanzados. Los requisitos de vida útil en ciclos para productos de consumo no son tan elevados como los de las baterías de potencia o almacenamiento de energía. Por ejemplo, después de 2 o 3 años de uso, observamos que la capacidad de la batería de un teléfono móvil ha disminuido hasta el 80%, principalmente porque la mayoría de los teléfonos se cargan una o dos veces al día. Esto implica que la capacidad del teléfono cae por debajo del 80% en menos de 3 años, momento en el cual es necesario reemplazar la batería o el propio teléfono.

2. Tipo de electrodo positivo:

El óxido de litio y cobalto (LCO) sigue dominando el mercado de baterías para consumo. Aunque el NCM ternario (óxido de níquel, cobalto y manganeso) ofrece una alta capacidad específica, no está reemplazando fácilmente al LCO debido a la producción de gas a altos voltajes. A pesar de que los materiales catódicos LCO presentan desventajas como su alto costo (por el costoso cobalto), bajo rendimiento cíclico y baja seguridad, su alta densidad de compactación y alto voltaje de operación aún les otorgan una ventaja en productos electrónicos ultradelgados. La demanda permanece estable en smartphones, laptops y tabletas de gama media y alta. Además, el aumento de la capacidad de batería en teléfonos 5G y la aparición de nuevos dispositivos electrónicos de consumo, como drones, auriculares TWS y cigarrillos electrónicos, están impulsando la demanda del mercado de materiales catódicos LCO. El LCO posee la mayor densidad de compactación, lo que se traduce en la mayor densidad energética volumétrica dentro del volumen limitado de los dispositivos electrónicos de consumo. Su excelente densidad de compactación, densidad energética volumétrica, rendimiento cíclico y desempeño a temperaturas altas/bajas, junto con la posibilidad de aumentar aún más la densidad energética del LCO elevando el potencial de corte de carga, hacen que los materiales LCO de alto voltaje y alta compactación sean la dirección futura.

III. Baterías de Almacenamiento de Energía

Las baterías de almacenamiento de energía se refieren a baterías que almacenan energía eléctrica, convirtiéndola en energía química. Actualmente, el mercado de baterías de almacenamiento de energía tiene principalmente dos áreas de aplicación importantes: almacenamiento de energía eléctrica y almacenamiento de energía residencial. Las baterías para almacenamiento de energía eléctrica son esencialmente tecnología de almacenamiento de potencia, la tecnología para almacenar energía eléctrica. Los escenarios de aplicación incluyen almacenamiento por bombeo hidráulico, almacenamiento mediante baterías, almacenamiento mecánico y almacenamiento por aire comprimido, los cuales pueden aplicarse en diversos campos industriales. Las baterías de almacenamiento de energía residencial generalmente están orientadas al uso en exteriores; por ejemplo, durante apagones en el hogar o cuando se acampa, se necesita una batería de almacenamiento de energía de alta capacidad y larga duración para necesidades imprevistas.

1. características del producto:

Las baterías de litio para almacenamiento de energía tienen requisitos más altos en cuanto a vida útil. La vida útil de los vehículos de nueva energía es generalmente de 5 a 8 años, mientras que los proyectos de almacenamiento de energía suelen apuntar a una vida útil superior a 10 años. La vida en ciclos de las baterías de litio para aplicaciones automotrices es de 1000 a 2000 ciclos, mientras que las baterías de litio para almacenamiento de energía generalmente requieren una vida en ciclos superior a 5000 ciclos. Esto se debe a que las baterías de almacenamiento no priorizan la densidad energética volumétrica ni gravimétrica, sino que enfatizan principalmente la seguridad y el costo. Desde la perspectiva de las propiedades intrínsecas de los materiales, el fosfato de hierro y litio presenta mejor estabilidad térmica y un costo de material más bajo que las baterías de litio ternarias, y su vida en ciclos ya ha alcanzado casi 10 000 ciclos; por lo tanto, su aplicación en el mercado global de almacenamiento de energía se está volviendo cada vez más amplia.

2. Tipo de electrodo positivo:

Existen algunas diferencias entre las baterías de litio para propulsión y las baterías de litio para almacenamiento de energía, pero desde la perspectiva de la celda en sí, ambas aparentemente pueden utilizar baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) y baterías de litio ternarias. Sin embargo, en aplicaciones de almacenamiento de energía, casi exclusivamente se utilizan baterías LFP. Esto se debe principalmente a los frecuentes accidentes de seguridad en las centrales de almacenamiento de energía. Las baterías de litio específicas para almacenamiento no requieren una alta densidad energética, sino una alta seguridad, ya que los sistemas electroquímicos de almacenamiento de energía contienen desde cientos hasta decenas de miles de baterías. Una vez que comienza un incendio y este se propaga, la situación se vuelve extremadamente difícil de manejar. El 29 de junio de 2022, la Administración Nacional de Energía emitió un borrador con opinión sobre "Veinticinco requisitos clave para prevenir accidentes en la producción de energía eléctrica", que establece que las centrales electroquímicas de almacenamiento de energía a gran escala no deben utilizar baterías de litio ternarias ni baterías de sodio-azufre, y tampoco deben usar baterías de tracción recicladas. Por lo tanto, básicamente todas las baterías de almacenamiento están hechas de LFP.

resumen:

El mercado de baterías para consumo ha estabilizado en gran medida, con la investigación y desarrollo de baterías centrada principalmente en lograr una mayor densidad energética volumétrica y mayor capacidad. La participación de mercado de las principales baterías de potencia está en gran parte establecida, aunque una pequeña parte aún se está reconfigurando. Actualmente, el enfoque principal en las baterías de potencia es extender el alcance de conducción y aumentar la velocidad de carga. Las baterías de almacenamiento de energía tampoco han tenido avances significativos recientes, centrándose principalmente en capacidades extremadamente grandes, desde 280Ah hasta 314Ah, y ahora hasta los 587Ah de CATL y Haichen, o los 684Ah de Sungrow.