Análise aprofundada da tecnologia das baterias de lítio
O desenvolvimento das baterias de iões de lítio começou no domínio do consumo e está atualmente a desenvolver-se rapidamente no domínio da potência e do armazenamento de energia. Este artigo apresentará os principais tecnologia de baterias de lítio na bateria de lítio de potência e na bateria de lítio de armazenamento de energia.
Índice
Rota da tecnologia das baterias de lítio
A bateria de iões de lítio refere-se a uma bateria secundária que tem o lítio como portador de energia. Durante o carregamento, os iões de lítio saem do cátodo, passam através do eletrólito e do separador e são incorporados no ânodo. O processo inverso ocorre durante a descarga. As baterias de iões de lítio dividem-se em baterias de fosfato de ferro-lítio e pilha de lítio ternária de acordo com os diferentes materiais catódicos.
Na tecnologia de baterias de lítio, o material de fosfato de ferro-lítio é rico em recursos de produção, e o seu custo, ciclo de vida e estabilidade térmica são superiores aos materiais ternários. É adequado para veículos comerciais, veículos de passageiros de gama baixa, armazenamento de energia e outros domínios. A capacidade específica teórica (densidade de energia) da bateria de lítio ternária é 60% superior à do fosfato de ferro-lítio, a taxa de carregamento é superior e o desempenho a baixas temperaturas é bom, o que é adequado para os sectores dos veículos de passageiros de gama média e alta.
Na tecnologia das baterias de lítio, as baterias de iões de lítio dividem-se em baterias quadradas, baterias de bolsa e baterias cilíndricas de acordo com diferentes processos de embalagem.
As vantagens das baterias prismáticas são a elevada fiabilidade da embalagem, a estrutura simples, a elevada densidade de energia individual, a elevada eficiência do grupo de sistemas e a estabilidade relativamente boa. A desvantagem é que existem muitos modelos, o processo é difícil de unificar e os monómeros são bastante diferentes, o que faz com que a vida útil do sistema seja inferior à dos monómeros.
As baterias de bolsa são embaladas com filme de alumínio-plástico, que tem as vantagens de alta densidade de energia, bateria pequena e ciclo de vida longo. A desvantagem é que o filme de alumínio-plástico de alta qualidade depende de importações, baixa eficiência de produção e baixo rendimento.
Na tecnologia das baterias de lítio, a embalagem cilíndrica da bateria tem uma elevada fiabilidade e as suas vantagens são a elevada consistência da bateria, tecnologia madura, baixo custo, bom rendimento do produto da bateria e bom desempenho de dissipação de calor. Mas a desvantagem é que é difícil conceber a dissipação de calor após o agrupamento, e a densidade de energia do sistema é baixa.
Rota da tecnologia das baterias de lítio
A bateria eléctrica de fosfato de ferro e lítio recuperou a sua posição dominante. Nos últimos três anos, com a redução dos subsídios políticos, as vantagens do fosfato de ferro-lítio em termos de custo e segurança surgiram gradualmente, a capacidade instalada no mercado aumentou rapidamente e a quota de mercado aumentou ano após ano. Em 2021, a capacidade instalada de baterias ternárias será ultrapassada, e a quota de baterias eléctricas no primeiro semestre de 2022 aumentará para 55%.
A capacidade instalada de baterias eléctricas na China tem mantido uma tendência de crescimento a alta velocidade, e a taxa de crescimento anual composta atingirá 49% em 2025. Impulsionada pelo rápido crescimento dos veículos de energia nova na China, a capacidade instalada de baterias eléctricas na China atingirá 110,1 GWh no primeiro semestre de 2022, um aumento anual de 109,8%.
Na rota da tecnologia de baterias de lítio, em termos de energia específica elevada, a densidade de energia de uma única bateria de bolsa ternária pode atingir até 300Wh/kg. Atualmente, a energia específica de uma bateria de concha quadrada ternária é próxima de 300Wh/kg, e a densidade de energia do sistema atingiu 255Wh/kg.
A densidade de energia da bateria de fosfato de ferro e lítio em forma de lâmina (quadrada) é próxima de 170Wh/kg, e a densidade de energia do sistema excede 140Wh/kg. A energia específica da bateria de bolsa ternária atingiu 300Wh/kg, e a densidade de energia do sistema atingiu quase 220Wh/kg.
Em termos de alta segurança, nesta fase, o desempenho de segurança das baterias é melhorado principalmente usando três métodos: segurança corporal, segurança de processo e segurança contra incêndio. A segurança da bateria depende principalmente da modificação e revestimento de electrólitos não inflamáveis e não inflamáveis, separadores de alto ponto de fusão e materiais catódicos para melhorar a segurança da própria bateria.
Em termos de longa duração, a vida útil das baterias de fosfato de ferro-lítio é geralmente superior à das baterias ternárias. A bateria de lâmina de fosfato de ferro-lítio tem uma vida útil de mais de 5000 vezes, seguida pela bateria de bolsa ternária com uma vida útil de mais de 3000 vezes, a bateria quadrada com uma vida útil de mais de 2000 vezes e a bateria cilíndrica com uma vida útil ligeiramente inferior de cerca de 1000 vezes.
Em termos de desempenho de carregamento rápido, a taxa de bateria ternária está a evoluir da atual taxa de 2C para a taxa de 5C, e o tempo de carregamento é reduzido em 60%. Muitas empresas estão a aumentar a velocidade de carregamento da bateria ternária e a melhorar o desempenho do carregamento rápido da bateria, aumentando a tensão de carregamento e a tolerância da bateria a correntes elevadas.
Rota tecnológica das baterias de lítio para armazenamento de energia
Na rota da tecnologia de baterias de lítio para armazenamento de energia, o armazenamento de energia em grande escala é o principal cenário de aplicação. As remessas de baterias de armazenamento de energia da China mantiveram uma tendência de crescimento de alta velocidade, com uma taxa média de crescimento anual de mais de 50% nos próximos três anos. Em 2021, as remessas de baterias de armazenamento de energia da China atingirão 48GWh, um aumento de 167% em relação ao ano anterior. Estima-se que a capacidade instalada excederá 90 GWh em 2022, um aumento de 88% em relação ao ano anterior, e excederá 324 GWh em 2025.
As baterias de armazenamento de energia da China são principalmente utilizadas no armazenamento de energia em grande escala (armazenamento de energia do sistema de energia), no armazenamento de energia do sistema de comunicação, no armazenamento de energia doméstica e na central eléctrica portátil. O armazenamento de energia em grande escala é o principal cenário de aplicação das baterias de armazenamento de energia, que são principalmente utilizadas em sistemas de armazenamento de energia em contentores do lado da produção de energia, do lado da rede e do lado do utilizador, representando 61% do total das expedições.
O segundo é o armazenamento de energia para sistemas de comunicação, que é principalmente utilizado para energia de reserva das estações de base de comunicação, representando 25%. Os produtos de armazenagem de energia para uso doméstico são exportados principalmente para países estrangeiros, e a armazenagem de energia portátil é a que menos representa, apenas 3%. Várias empresas entraram no mercado das baterias de armazenagem de energia com baterias de armazenagem de energia. As baterias de armazenagem de energia encontram-se numa fase de rápido desenvolvimento, e a estrutura do mercado é incerta.
A CATL ficou para trás com a sua forte capacidade de controlo de custos e vantagens de escala. Na rota da tecnologia de baterias de lítio para armazenamento de energia, a tendência de desenvolvimento de produtos de baterias para armazenamento de energia é a padronização de produtos, baterias em grande escala e desmodularização. Várias empresas estão a entrar nesta indústria e a tentar tornar-se maiores e mais fortes.
Ao fim de 3 anos, haverá uma situação em que os fortes serão sempre fortes, e os pequenos e médios operadores que não têm as vantagens da escala e a capacidade de desenvolver e conceber baterias de elevado desempenho serão eliminados a um ritmo acelerado. As baterias de fosfato de ferro e lítio tornaram-se a principal via de baterias de armazenamento de energia na China.
Os requisitos de desempenho das baterias de lítio incluem a densidade energética, a densidade de potência, o custo, a vida útil e a segurança. As aplicações de armazenamento de energia têm requisitos menos exigentes em termos de densidade de energia e densidade de potência das baterias, e tem sido dada maior ênfase à redução do custo da distribuição e do armazenamento de eletricidade. As baterias de armazenamento de energia devem ter baixo custo, longa duração e garantir a segurança das aplicações da bateria.
As baterias ternárias de lítio têm uma elevada densidade energética e densidade de potência, mas são caras e relativamente pouco seguras. Os documentos chineses relevantes propõem que as centrais electroquímicas de armazenamento de energia de média e grande dimensão não utilizem baterias ternárias de lítio e baterias de sódio-enxofre, e que não sejam utilizadas baterias de utilização em cascata.
Na tecnologia de baterias de lítio, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm excelente segurança, ciclo de vida longo, reservas abundantes de recursos metálicos, baixo custo e proteção ambiental, e tornaram-se a principal escolha de baterias de armazenamento de energia.
Pêssego
Olá Caros leitores, apresento-me com confiança como um autor com uma paixão fervorosa pela escrita e uma experiência substancial na indústria de troca de baterias. A minha formação académica inclui um bacharelato em Engenharia Eletrónica e, anteriormente, trabalhei como engenheiro de baterias numa empresa de baterias de renome, participando ativamente e liderando vários projectos de estações de troca de motociclos, desde a conceção à implementação operacional.
Ao longo dos anos, explorei ativamente e pesquisei extensivamente tecnologias de troca, modelos de negócio e tendências de mercado. Através da experiência prática, acumulei conhecimentos valiosos, contribuindo ativamente para vários aspectos do planeamento de estações, seleção de equipamento e gestão operacional.
Estou ansioso por partilhar os meus conhecimentos e experiências no domínio da troca de baterias. Acredito que os meus textos o ajudarão a compreender melhor esta indústria em rápida evolução e a fornecer informações valiosas para a sua tomada de decisões. Vamos embarcar numa viagem emocionante para explorarmos juntos o mundo da troca de pilhas!
Análise aprofundada da tecnologia das baterias de lítio
Rota da tecnologia das baterias de lítio
A bateria de iões de lítio refere-se a uma bateria secundária que tem o lítio como portador de energia. Durante o carregamento, os iões de lítio saem do cátodo, passam através do eletrólito e do separador e são incorporados no ânodo. O processo inverso ocorre durante a descarga. As baterias de iões de lítio dividem-se em baterias de fosfato de ferro-lítio e pilha de lítio ternária de acordo com os diferentes materiais catódicos.
Na tecnologia de baterias de lítio, o material de fosfato de ferro-lítio é rico em recursos de produção, e o seu custo, ciclo de vida e estabilidade térmica são superiores aos materiais ternários. É adequado para veículos comerciais, veículos de passageiros de gama baixa, armazenamento de energia e outros domínios. A capacidade específica teórica (densidade de energia) da bateria de lítio ternária é 60% superior à do fosfato de ferro-lítio, a taxa de carregamento é superior e o desempenho a baixas temperaturas é bom, o que é adequado para os sectores dos veículos de passageiros de gama média e alta.
Na tecnologia das baterias de lítio, as baterias de iões de lítio dividem-se em baterias quadradas, baterias de bolsa e baterias cilíndricas de acordo com diferentes processos de embalagem.
As vantagens das baterias prismáticas são a elevada fiabilidade da embalagem, a estrutura simples, a elevada densidade de energia individual, a elevada eficiência do grupo de sistemas e a estabilidade relativamente boa. A desvantagem é que existem muitos modelos, o processo é difícil de unificar e os monómeros são bastante diferentes, o que faz com que a vida útil do sistema seja inferior à dos monómeros.
As baterias de bolsa são embaladas com filme de alumínio-plástico, que tem as vantagens de alta densidade de energia, bateria pequena e ciclo de vida longo. A desvantagem é que o filme de alumínio-plástico de alta qualidade depende de importações, baixa eficiência de produção e baixo rendimento.
Na tecnologia das baterias de lítio, a embalagem cilíndrica da bateria tem uma elevada fiabilidade e as suas vantagens são a elevada consistência da bateria, tecnologia madura, baixo custo, bom rendimento do produto da bateria e bom desempenho de dissipação de calor. Mas a desvantagem é que é difícil conceber a dissipação de calor após o agrupamento, e a densidade de energia do sistema é baixa.
Rota da tecnologia das baterias de lítio
A bateria eléctrica de fosfato de ferro e lítio recuperou a sua posição dominante. Nos últimos três anos, com a redução dos subsídios políticos, as vantagens do fosfato de ferro-lítio em termos de custo e segurança surgiram gradualmente, a capacidade instalada no mercado aumentou rapidamente e a quota de mercado aumentou ano após ano. Em 2021, a capacidade instalada de baterias ternárias será ultrapassada, e a quota de baterias eléctricas no primeiro semestre de 2022 aumentará para 55%.
A capacidade instalada de baterias eléctricas na China tem mantido uma tendência de crescimento a alta velocidade, e a taxa de crescimento anual composta atingirá 49% em 2025. Impulsionada pelo rápido crescimento dos veículos de energia nova na China, a capacidade instalada de baterias eléctricas na China atingirá 110,1 GWh no primeiro semestre de 2022, um aumento anual de 109,8%.
Na rota da tecnologia de baterias de lítio, em termos de energia específica elevada, a densidade de energia de uma única bateria de bolsa ternária pode atingir até 300Wh/kg. Atualmente, a energia específica de uma bateria de concha quadrada ternária é próxima de 300Wh/kg, e a densidade de energia do sistema atingiu 255Wh/kg.
A densidade de energia da bateria de fosfato de ferro e lítio em forma de lâmina (quadrada) é próxima de 170Wh/kg, e a densidade de energia do sistema excede 140Wh/kg. A energia específica da bateria de bolsa ternária atingiu 300Wh/kg, e a densidade de energia do sistema atingiu quase 220Wh/kg.
Em termos de alta segurança, nesta fase, o desempenho de segurança das baterias é melhorado principalmente usando três métodos: segurança corporal, segurança de processo e segurança contra incêndio. A segurança da bateria depende principalmente da modificação e revestimento de electrólitos não inflamáveis e não inflamáveis, separadores de alto ponto de fusão e materiais catódicos para melhorar a segurança da própria bateria.
Em termos de longa duração, a vida útil das baterias de fosfato de ferro-lítio é geralmente superior à das baterias ternárias. A bateria de lâmina de fosfato de ferro-lítio tem uma vida útil de mais de 5000 vezes, seguida pela bateria de bolsa ternária com uma vida útil de mais de 3000 vezes, a bateria quadrada com uma vida útil de mais de 2000 vezes e a bateria cilíndrica com uma vida útil ligeiramente inferior de cerca de 1000 vezes.
Em termos de desempenho de carregamento rápido, a taxa de bateria ternária está a evoluir da atual taxa de 2C para a taxa de 5C, e o tempo de carregamento é reduzido em 60%. Muitas empresas estão a aumentar a velocidade de carregamento da bateria ternária e a melhorar o desempenho do carregamento rápido da bateria, aumentando a tensão de carregamento e a tolerância da bateria a correntes elevadas.
Rota tecnológica das baterias de lítio para armazenamento de energia
Na rota da tecnologia de baterias de lítio para armazenamento de energia, o armazenamento de energia em grande escala é o principal cenário de aplicação. As remessas de baterias de armazenamento de energia da China mantiveram uma tendência de crescimento de alta velocidade, com uma taxa média de crescimento anual de mais de 50% nos próximos três anos. Em 2021, as remessas de baterias de armazenamento de energia da China atingirão 48GWh, um aumento de 167% em relação ao ano anterior. Estima-se que a capacidade instalada excederá 90 GWh em 2022, um aumento de 88% em relação ao ano anterior, e excederá 324 GWh em 2025.
As baterias de armazenamento de energia da China são principalmente utilizadas no armazenamento de energia em grande escala (armazenamento de energia do sistema de energia), no armazenamento de energia do sistema de comunicação, no armazenamento de energia doméstica e na central eléctrica portátil. O armazenamento de energia em grande escala é o principal cenário de aplicação das baterias de armazenamento de energia, que são principalmente utilizadas em sistemas de armazenamento de energia em contentores do lado da produção de energia, do lado da rede e do lado do utilizador, representando 61% do total das expedições.
O segundo é o armazenamento de energia para sistemas de comunicação, que é principalmente utilizado para energia de reserva das estações de base de comunicação, representando 25%. Os produtos de armazenagem de energia para uso doméstico são exportados principalmente para países estrangeiros, e a armazenagem de energia portátil é a que menos representa, apenas 3%. Várias empresas entraram no mercado das baterias de armazenagem de energia com baterias de armazenagem de energia. As baterias de armazenagem de energia encontram-se numa fase de rápido desenvolvimento, e a estrutura do mercado é incerta.
A CATL ficou para trás com a sua forte capacidade de controlo de custos e vantagens de escala. Na rota da tecnologia de baterias de lítio para armazenamento de energia, a tendência de desenvolvimento de produtos de baterias para armazenamento de energia é a padronização de produtos, baterias em grande escala e desmodularização. Várias empresas estão a entrar nesta indústria e a tentar tornar-se maiores e mais fortes.
Ao fim de 3 anos, haverá uma situação em que os fortes serão sempre fortes, e os pequenos e médios operadores que não têm as vantagens da escala e a capacidade de desenvolver e conceber baterias de elevado desempenho serão eliminados a um ritmo acelerado. As baterias de fosfato de ferro e lítio tornaram-se a principal via de baterias de armazenamento de energia na China.
Os requisitos de desempenho das baterias de lítio incluem a densidade energética, a densidade de potência, o custo, a vida útil e a segurança. As aplicações de armazenamento de energia têm requisitos menos exigentes em termos de densidade de energia e densidade de potência das baterias, e tem sido dada maior ênfase à redução do custo da distribuição e do armazenamento de eletricidade. As baterias de armazenamento de energia devem ter baixo custo, longa duração e garantir a segurança das aplicações da bateria.
As baterias ternárias de lítio têm uma elevada densidade energética e densidade de potência, mas são caras e relativamente pouco seguras. Os documentos chineses relevantes propõem que as centrais electroquímicas de armazenamento de energia de média e grande dimensão não utilizem baterias ternárias de lítio e baterias de sódio-enxofre, e que não sejam utilizadas baterias de utilização em cascata.
Na tecnologia de baterias de lítio, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm excelente segurança, ciclo de vida longo, reservas abundantes de recursos metálicos, baixo custo e proteção ambiental, e tornaram-se a principal escolha de baterias de armazenamento de energia.
Pêssego