Análisis en profundidad de la tecnología de las baterías de litio
El desarrollo de las baterías de iones de litio comenzó en el ámbito del consumo, y actualmente se está desarrollando rápidamente en el campo del almacenamiento de energía y potencia. Este artículo presenta las principales tecnología de baterías de litio en batería de litio de potencia y batería de litio de almacenamiento de energía.
Índice
Ruta tecnológica de las pilas de litio
Por batería de iones de litio se entiende una batería secundaria con litio como portador de energía. Al cargarse, los iones de litio salen del cátodo, atraviesan el electrolito y el separador y se incrustan en el ánodo. El proceso inverso ocurre cuando se descarga. Las baterías de iones de litio se dividen en baterías de fosfato de hierro y litio y baterías de iones de litio. batería ternaria de litio según los distintos materiales del cátodo.
En la tecnología de las baterías de litio, el material de fosfato de hierro y litio es rico en recursos de producción, y su coste, vida útil y estabilidad térmica son superiores a los de los materiales ternarios. Es adecuado para vehículos comerciales, vehículos de pasajeros de gama baja, almacenamiento de energía y otros campos. La capacidad específica teórica (densidad de energía) de la batería ternaria de litio es 60% superior a la del fosfato de hierro y litio, la velocidad de carga es mayor y el rendimiento a baja temperatura es bueno, lo que resulta adecuado para los campos de los turismos de gama media y alta.
En la tecnología de las pilas de litio, las pilas de iones de litio se dividen en pilas cuadradas, pilas de bolsa y pilas cilíndricas según los distintos procesos de envasado.
Las ventajas de las pilas prismáticas son su gran fiabilidad de envasado, su estructura sencilla, su alta densidad de energía individual, su gran eficacia de grupo de sistemas y su estabilidad relativamente buena. La desventaja es que hay muchos modelos, el proceso es difícil de unificar y los monómeros son muy diferentes, lo que hace que la vida útil del sistema sea inferior a la de los monómeros.
Las pilas de petaca se envasan con película de aluminio-plástico, que tiene las ventajas de una alta densidad energética, un paquete de pilas pequeño y un ciclo de vida largo. La desventaja es que la película de aluminio-plástico de gama alta depende de las importaciones, la eficiencia de la producción es baja y el rendimiento es escaso.
En la tecnología de las baterías de litio, el envoltorio rígido cilíndrico de la batería tiene una gran fiabilidad, y sus ventajas son la alta consistencia de la batería, la tecnología madura, el bajo coste, el buen rendimiento del producto de la batería y el buen rendimiento de la disipación de calor. Pero la desventaja es que es difícil diseñar la disipación de calor después de la agrupación, y la densidad de energía del sistema es baja.
Ruta tecnológica de las pilas de litio
La batería de litio hierro fosfato ha recuperado su posición dominante. En los últimos tres años, con la reducción de las subvenciones políticas, han surgido gradualmente las ventajas del litio hierro fosfato en términos de coste y seguridad, la capacidad instalada en el mercado ha aumentado rápidamente, y la cuota de mercado se ha incrementado año tras año. En 2021, se superará la capacidad instalada de las baterías ternarias, y la cuota de las baterías de potencia en el primer semestre de 2022 aumentará hasta 55%.
La capacidad instalada de baterías de energía en China ha mantenido una tendencia de crecimiento de alta velocidad, y la tasa de crecimiento anual compuesta alcanzará 49% en 2025. Impulsada por el rápido crecimiento de los vehículos de nueva energía en China, la capacidad instalada de baterías de energía en China alcanzará los 110,1 GWh en el primer semestre de 2022, un aumento interanual de 109,8%.
En la ruta tecnológica de las baterías de litio de potencia, en términos de alta energía específica, la densidad energética de una batería ternaria de vaina cuadrada puede alcanzar hasta 300Wh/kg. En la actualidad, la energía específica de una batería ternaria de envoltura cuadrada se aproxima a los 300Wh/kg, y la densidad energética del sistema ha alcanzado los 255Wh/kg.
La densidad energética de la batería de litio hierro fosfato de hoja (cuadrada) se aproxima a 170Wh/kg, y la densidad energética del sistema supera los 140Wh/kg. La energía específica de la batería ternaria de bolsa ha alcanzado los 300Wh/kg, y la densidad energética del sistema ha llegado casi a los 220Wh/kg.
En términos de alta seguridad, en esta fase, el rendimiento de seguridad de las baterías se mejora principalmente utilizando tres métodos: seguridad del cuerpo, seguridad del proceso y seguridad contra incendios. La seguridad de la batería depende principalmente de la modificación y el recubrimiento de electrolitos no inflamables y no inflamables, separadores de alto punto de fusión y materiales catódicos para mejorar la seguridad de la propia batería.
En términos de duración, la vida útil de las pilas de litio hierro fosfato es generalmente superior a la de las pilas ternarias. La batería de hoja de litio hierro fosfato tiene una vida útil de más de 5.000 veces, seguida de la batería ternaria de bolsa, con una vida útil de más de 3.000 veces, la batería cuadrada, con una vida útil de más de 2.000 veces, y la batería cilíndrica, con una vida útil ligeramente inferior, de unas 1.000 veces.
En términos de rendimiento de carga rápida, la velocidad de la batería ternaria está evolucionando desde la velocidad actual de 2C a la de 5C, y el tiempo de carga se acorta en 60%. Muchas empresas están aumentando la velocidad de carga de la batería ternaria, y mejorar el rendimiento de carga rápida de la batería mediante el aumento de la tensión de carga y la tolerancia de alta corriente de la batería.
Ruta tecnológica de las pilas de litio para almacenamiento de energía
En la ruta de la tecnología de baterías de litio para almacenamiento de energía, el almacenamiento de energía a gran escala es el principal escenario de aplicación. Los envíos de baterías de almacenamiento de energía de China han mantenido una tendencia de crecimiento de alta velocidad, con una tasa media de crecimiento anual de más de 50% en los próximos tres años. En 2021, los envíos de baterías de almacenamiento de energía de China alcanzarán los 48 GWh, un aumento interanual de 167%. Se estima que la capacidad instalada superará los 90GWh en 2022, con un aumento interanual de 88%, y superará los 324GWh en 2025.
Las baterías de almacenamiento de energía de China se utilizan principalmente en el almacenamiento de energía a gran escala (almacenamiento de energía del sistema de energía), almacenamiento de energía del sistema de comunicación, almacenamiento de energía doméstica y estación de energía portátil. El almacenamiento de energía a gran escala es el principal escenario de aplicación de las baterías de almacenamiento de energía, que se utilizan principalmente en sistemas de almacenamiento de energía en contenedores en el lado de la generación de energía, el lado de la red y el lado del usuario, y representan 61% de los envíos totales.
El segundo es el almacenamiento de energía para sistemas de comunicación, que se utiliza principalmente para la alimentación de reserva de las estaciones base de comunicaciones, y representa 25%. Los productos de almacenamiento de energía doméstica se exportan principalmente a países extranjeros, y el almacenamiento de energía portátil representa la menor parte, sólo 3%. Varias empresas se han introducido en el mercado de las baterías de almacenamiento de energía. Las baterías de almacenamiento de energía se encuentran en una fase de rápido desarrollo, y la estructura del mercado es incierta.
CATL llegó desde atrás gracias a su gran capacidad de control de costes y sus ventajas de escala. En la ruta de la tecnología de baterías de litio para almacenamiento de energía, la tendencia de desarrollo de los productos de baterías de almacenamiento de energía es la estandarización de productos, las baterías a gran escala y la desmodularización. Varias empresas están entrando en esta industria y tratando de hacerse más grandes y fuertes.
Al cabo de 3 años, se producirá una situación en la que los fuertes serán siempre fuertes, y los pequeños y medianos operadores que no tengan las ventajas de escala y la capacidad de desarrollar y diseñar baterías de alto rendimiento serán eliminados a un ritmo acelerado. Las baterías de litio-hierro-fosfato se han convertido en la vía principal de las baterías de almacenamiento de energía en China.
Entre los requisitos de rendimiento de las baterías de litio figuran la densidad energética, la densidad de potencia, el coste, la vida útil y la seguridad. Las aplicaciones de almacenamiento de energía han relajado los requisitos de densidad energética y densidad de potencia de las baterías, y se ha hecho más hincapié en reducir el coste de distribución y almacenamiento de la electricidad. Las baterías de almacenamiento de energía deben tener un bajo coste, una larga vida útil y garantizar la seguridad de las aplicaciones de las baterías.
Las baterías ternarias de litio tienen una alta densidad energética y de potencia, pero son caras y relativamente poco seguras. Los documentos chinos pertinentes proponen que las centrales eléctricas de almacenamiento electroquímico de energía medianas y grandes no utilicen baterías ternarias de litio ni baterías de sodio-azufre, y que no se utilicen baterías eléctricas de utilización en cascada.
En la tecnología de baterías de litio, las baterías de litio hierro fosfato tienen una excelente seguridad, un ciclo de vida largo, abundantes reservas de recursos metálicos, bajo coste y protección medioambiental, y se han convertido en la principal opción de baterías de almacenamiento de energía.
Melocotón
Hola queridos lectores, me presento con confianza como un autor con una ferviente pasión por la escritura y una importante experiencia en el sector del intercambio de baterías. Mi formación académica incluye una licenciatura en Ingeniería Electrónica, y anteriormente he trabajado como ingeniero de baterías en una renombrada empresa de baterías eléctricas, participando activamente y dirigiendo varios proyectos de estaciones de intercambio de motocicletas, desde el diseño hasta la implementación operativa.
A lo largo de los años, he explorado activamente e investigado en profundidad las tecnologías de intercambio, los modelos de negocio y las tendencias del mercado. A través de la experiencia práctica, he acumulado valiosos conocimientos, contribuyendo activamente a diversos aspectos de la planificación de la estación, la selección de equipos y la gestión operativa.
Estoy deseando compartir mis conocimientos y experiencias en el ámbito del intercambio de baterías. Creo que mis escritos le ayudarán a comprender mejor este sector en rápida evolución y le aportarán valiosas ideas para su toma de decisiones. Emprendamos juntos un apasionante viaje para explorar el mundo del intercambio de baterías.
Análisis en profundidad de la tecnología de las baterías de litio
Ruta tecnológica de las pilas de litio
Por batería de iones de litio se entiende una batería secundaria con litio como portador de energía. Al cargarse, los iones de litio salen del cátodo, atraviesan el electrolito y el separador y se incrustan en el ánodo. El proceso inverso ocurre cuando se descarga. Las baterías de iones de litio se dividen en baterías de fosfato de hierro y litio y baterías de iones de litio. batería ternaria de litio según los distintos materiales del cátodo.
En la tecnología de las baterías de litio, el material de fosfato de hierro y litio es rico en recursos de producción, y su coste, vida útil y estabilidad térmica son superiores a los de los materiales ternarios. Es adecuado para vehículos comerciales, vehículos de pasajeros de gama baja, almacenamiento de energía y otros campos. La capacidad específica teórica (densidad de energía) de la batería ternaria de litio es 60% superior a la del fosfato de hierro y litio, la velocidad de carga es mayor y el rendimiento a baja temperatura es bueno, lo que resulta adecuado para los campos de los turismos de gama media y alta.
En la tecnología de las pilas de litio, las pilas de iones de litio se dividen en pilas cuadradas, pilas de bolsa y pilas cilíndricas según los distintos procesos de envasado.
Las ventajas de las pilas prismáticas son su gran fiabilidad de envasado, su estructura sencilla, su alta densidad de energía individual, su gran eficacia de grupo de sistemas y su estabilidad relativamente buena. La desventaja es que hay muchos modelos, el proceso es difícil de unificar y los monómeros son muy diferentes, lo que hace que la vida útil del sistema sea inferior a la de los monómeros.
Las pilas de petaca se envasan con película de aluminio-plástico, que tiene las ventajas de una alta densidad energética, un paquete de pilas pequeño y un ciclo de vida largo. La desventaja es que la película de aluminio-plástico de gama alta depende de las importaciones, la eficiencia de la producción es baja y el rendimiento es escaso.
En la tecnología de las baterías de litio, el envoltorio rígido cilíndrico de la batería tiene una gran fiabilidad, y sus ventajas son la alta consistencia de la batería, la tecnología madura, el bajo coste, el buen rendimiento del producto de la batería y el buen rendimiento de la disipación de calor. Pero la desventaja es que es difícil diseñar la disipación de calor después de la agrupación, y la densidad de energía del sistema es baja.
Ruta tecnológica de las pilas de litio
La batería de litio hierro fosfato ha recuperado su posición dominante. En los últimos tres años, con la reducción de las subvenciones políticas, han surgido gradualmente las ventajas del litio hierro fosfato en términos de coste y seguridad, la capacidad instalada en el mercado ha aumentado rápidamente, y la cuota de mercado se ha incrementado año tras año. En 2021, se superará la capacidad instalada de las baterías ternarias, y la cuota de las baterías de potencia en el primer semestre de 2022 aumentará hasta 55%.
La capacidad instalada de baterías de energía en China ha mantenido una tendencia de crecimiento de alta velocidad, y la tasa de crecimiento anual compuesta alcanzará 49% en 2025. Impulsada por el rápido crecimiento de los vehículos de nueva energía en China, la capacidad instalada de baterías de energía en China alcanzará los 110,1 GWh en el primer semestre de 2022, un aumento interanual de 109,8%.
En la ruta tecnológica de las baterías de litio de potencia, en términos de alta energía específica, la densidad energética de una batería ternaria de vaina cuadrada puede alcanzar hasta 300Wh/kg. En la actualidad, la energía específica de una batería ternaria de envoltura cuadrada se aproxima a los 300Wh/kg, y la densidad energética del sistema ha alcanzado los 255Wh/kg.
La densidad energética de la batería de litio hierro fosfato de hoja (cuadrada) se aproxima a 170Wh/kg, y la densidad energética del sistema supera los 140Wh/kg. La energía específica de la batería ternaria de bolsa ha alcanzado los 300Wh/kg, y la densidad energética del sistema ha llegado casi a los 220Wh/kg.
En términos de alta seguridad, en esta fase, el rendimiento de seguridad de las baterías se mejora principalmente utilizando tres métodos: seguridad del cuerpo, seguridad del proceso y seguridad contra incendios. La seguridad de la batería depende principalmente de la modificación y el recubrimiento de electrolitos no inflamables y no inflamables, separadores de alto punto de fusión y materiales catódicos para mejorar la seguridad de la propia batería.
En términos de duración, la vida útil de las pilas de litio hierro fosfato es generalmente superior a la de las pilas ternarias. La batería de hoja de litio hierro fosfato tiene una vida útil de más de 5.000 veces, seguida de la batería ternaria de bolsa, con una vida útil de más de 3.000 veces, la batería cuadrada, con una vida útil de más de 2.000 veces, y la batería cilíndrica, con una vida útil ligeramente inferior, de unas 1.000 veces.
En términos de rendimiento de carga rápida, la velocidad de la batería ternaria está evolucionando desde la velocidad actual de 2C a la de 5C, y el tiempo de carga se acorta en 60%. Muchas empresas están aumentando la velocidad de carga de la batería ternaria, y mejorar el rendimiento de carga rápida de la batería mediante el aumento de la tensión de carga y la tolerancia de alta corriente de la batería.
Ruta tecnológica de las pilas de litio para almacenamiento de energía
En la ruta de la tecnología de baterías de litio para almacenamiento de energía, el almacenamiento de energía a gran escala es el principal escenario de aplicación. Los envíos de baterías de almacenamiento de energía de China han mantenido una tendencia de crecimiento de alta velocidad, con una tasa media de crecimiento anual de más de 50% en los próximos tres años. En 2021, los envíos de baterías de almacenamiento de energía de China alcanzarán los 48 GWh, un aumento interanual de 167%. Se estima que la capacidad instalada superará los 90GWh en 2022, con un aumento interanual de 88%, y superará los 324GWh en 2025.
Las baterías de almacenamiento de energía de China se utilizan principalmente en el almacenamiento de energía a gran escala (almacenamiento de energía del sistema de energía), almacenamiento de energía del sistema de comunicación, almacenamiento de energía doméstica y estación de energía portátil. El almacenamiento de energía a gran escala es el principal escenario de aplicación de las baterías de almacenamiento de energía, que se utilizan principalmente en sistemas de almacenamiento de energía en contenedores en el lado de la generación de energía, el lado de la red y el lado del usuario, y representan 61% de los envíos totales.
El segundo es el almacenamiento de energía para sistemas de comunicación, que se utiliza principalmente para la alimentación de reserva de las estaciones base de comunicaciones, y representa 25%. Los productos de almacenamiento de energía doméstica se exportan principalmente a países extranjeros, y el almacenamiento de energía portátil representa la menor parte, sólo 3%. Varias empresas se han introducido en el mercado de las baterías de almacenamiento de energía. Las baterías de almacenamiento de energía se encuentran en una fase de rápido desarrollo, y la estructura del mercado es incierta.
CATL llegó desde atrás gracias a su gran capacidad de control de costes y sus ventajas de escala. En la ruta de la tecnología de baterías de litio para almacenamiento de energía, la tendencia de desarrollo de los productos de baterías de almacenamiento de energía es la estandarización de productos, las baterías a gran escala y la desmodularización. Varias empresas están entrando en esta industria y tratando de hacerse más grandes y fuertes.
Al cabo de 3 años, se producirá una situación en la que los fuertes serán siempre fuertes, y los pequeños y medianos operadores que no tengan las ventajas de escala y la capacidad de desarrollar y diseñar baterías de alto rendimiento serán eliminados a un ritmo acelerado. Las baterías de litio-hierro-fosfato se han convertido en la vía principal de las baterías de almacenamiento de energía en China.
Entre los requisitos de rendimiento de las baterías de litio figuran la densidad energética, la densidad de potencia, el coste, la vida útil y la seguridad. Las aplicaciones de almacenamiento de energía han relajado los requisitos de densidad energética y densidad de potencia de las baterías, y se ha hecho más hincapié en reducir el coste de distribución y almacenamiento de la electricidad. Las baterías de almacenamiento de energía deben tener un bajo coste, una larga vida útil y garantizar la seguridad de las aplicaciones de las baterías.
Las baterías ternarias de litio tienen una alta densidad energética y de potencia, pero son caras y relativamente poco seguras. Los documentos chinos pertinentes proponen que las centrales eléctricas de almacenamiento electroquímico de energía medianas y grandes no utilicen baterías ternarias de litio ni baterías de sodio-azufre, y que no se utilicen baterías eléctricas de utilización en cascada.
En la tecnología de baterías de litio, las baterías de litio hierro fosfato tienen una excelente seguridad, un ciclo de vida largo, abundantes reservas de recursos metálicos, bajo coste y protección medioambiental, y se han convertido en la principal opción de baterías de almacenamiento de energía.
Melocotón