¿Qué clasificación tienen los litos?
¿Baterías de ium?
Las baterías de litio se dividen principalmente en tres categorías
según los escenarios de aplicación
, que son también las tres secciones principales de este artículo:
baterías de consumo
,
baterías de energía
, y
baterías de almacenamiento de energía
.
I. Pilas de consumo
Se utiliza principalmente en productos 3C como teléfonos móviles, computadoras portátiles y tabletas, enfatizando la portabilidad, la alta densidad de energía y las capacidades de carga rápida.
1. Clasificación: Las baterías de litio secundarias son los productos principales de las baterías de consumo actuales.
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Pilas primarias: pilas de zinc-manganeso, pilas alcalinas de zinc-manganeso, pilas primarias de litio (dióxido de litio-manganeso; cloruro de litio-tionilo; disulfuro de litio-hierro).
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Baterías secundarias: baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-cromo, baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de iones de litio.
2. Tres tipos de formas de empaquetado de baterías de consumo
En la actualidad, las baterías de litio de consumo utilizan mayoritariamente baterías de polímero de litio.
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Proyecto
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Batería prismática
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Batería cilíndrica
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Batería de polímero
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Estuche de batería
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Caja de acero o aluminio
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Caja de acero o aluminio
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Película de aluminio y plástico
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Ventajas
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Baja resistencia interna de la batería; Proceso simple de empaquetado; Gran capacidad de celda
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Proceso de producción maduro, alto rendimiento y consistencia; alta seguridad; amplias áreas de aplicación; alta densidad energética celular.
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Delgado, ligero, baja resistencia interna; alta densidad de energía del paquete; excelente desempeño de seguridad, bajo riesgo de explosión; diseño flexible, adaptable a cualquier forma.
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Desventajas
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Mala consistencia, baja estandarización; altos requisitos de control de seguridad
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Alto costo del paquete; altos requerimientos de batería; altos requerimientos de conexión y administración de batería.
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Baja resistencia mecánica; alto costo de fabricación.
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Áreas de aplicación
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Vehículos de pasajeros, vehículos comerciales, almacenamiento de energía
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Vehículos de pasajeros, herramientas eléctricas, bicicletas eléctricas, vehículos logísticos, casas inteligentes, almacenamiento de energía
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Productos digitales 3C, vehículos de pasajeros, almacenamiento de energía
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3. Otras formas
Las baterías de botón se dividen en baterías de botón de carcasa dura y de carcasa blanda. Las piezas polares internas de las baterías de botón de carcasa dura se laminan y se envasan en carcasas de acero o aluminio; las baterías de botón de carcasa blanda se enrollan y se envasan en una película de aluminio. Las baterías de botón se utilizan principalmente en auriculares Bluetooth, audífonos para dormir y dispositivos portátiles.
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Baterías de litio de forma especial
Con el aumento del tamaño de las pantallas de los smartphones y la búsqueda de ligereza y delgadez, los fabricantes de teléfonos móviles utilizan baterías de doble celda y con formas especiales para aprovechar al máximo el espacio interno. Por ejemplo, el iPhone XS Max utiliza una estructura de doble celda, y el iPhone 11Pro/13Pro utiliza una estructura de batería especial en forma de L. El auge de las pulseras inteligentes y los anillos de dedo también plantea nuevos requisitos para la forma de las baterías, como la aplicación de baterías curvas en las pulseras inteligentes.
4. Aplicaciones posteriores de las baterías de litio de consumo
(1) Computadoras portátiles
Los teléfonos inteligentes, las tabletas y otros productos han impactado las ventas de computadoras portátiles, pero aún existe demanda de reemplazos nuevos y existentes. A medida que aumentan las exigencias de portabilidad de las computadoras portátiles, las baterías de litio se están volviendo más ligeras y delgadas.
(2) Tabletas
Las tabletas se sitúan entre las computadoras y los teléfonos inteligentes. Gracias a su portabilidad, facilidad de uso y excelente diseño, el mercado se ha desarrollado de forma estable.
(3) Teléfonos inteligentes
El mercado de teléfonos inteligentes está maduro, el ciclo de reemplazo es extenso y el mercado está relativamente saturado. La inflación en mercados emergentes como Asia Pacífico, Oriente Medio, África y Latinoamérica ha disminuido, lo que ha impulsado en cierta medida el crecimiento de los envíos de teléfonos móviles.
(4) Teléfonos móviles con IA
Intel, Qualcomm, Lenovo, Xiaomi, etc., están desarrollando principalmente teléfonos móviles con IA y ordenadores con IA. La IA de extremo a extremo podría marcar el comienzo de una nueva era. Por ejemplo, los modelos grandes de teléfonos móviles con IA generativa del Samsung Galaxy S24, el Meizu 21 Pro, el Xiaomi 14 Ultra y el OPPO FindX7 se lanzaron en la primera mitad de 2024.
(5) Dispositivos portátiles
Relojes inteligentes, auriculares Bluetooth, gafas inteligentes, etc., dispositivos wearables tienen un gran potencial de crecimiento como puerta de entrada al Internet de las Cosas.
(6) Mercado de herramientas eléctricas
Industria de maquinaria, decoración de edificios, paisajismo, etc., y las aplicaciones futuras serán en hogares inteligentes, almacenamiento de energía portátil, respuesta a emergencias y otros campos.
(7) Vehículos eléctricos de dos ruedas
El crecimiento de los envíos se ha desacelerado. China es el mayor exportador de vehículos eléctricos de dos ruedas y las exportaciones siguen aumentando.
Norteamérica, Europa y el Sudeste Asiático son los principales destinos de las exportaciones chinas de vehículos eléctricos. Los vehículos eléctricos de dos ruedas de China están exentos de aranceles al exportarse a Estados Unidos. En 2023, las ventas chinas de vehículos eléctricos de dos ruedas a Estados Unidos alcanzaron los 4,564 millones de unidades, lo que representa más del 30 % de las exportaciones totales. Muchos países del Sudeste Asiático han implementado políticas de conversión de petróleo a electricidad para promover la construcción de fábricas en sus zonas locales por parte de marcas extranjeras.
(8) Vehículos aéreos no tripulados
Los vehículos aéreos no tripulados se utilizan ampliamente en fotografía aérea, fotografía, agricultura, topografía y cartografía, meteorología, comunicaciones, seguridad pública y otros campos.
Con más de 15 años de experiencia en la industria de las baterías de litio, ACEY cuenta con sólidas capacidades de I+D y una amplia experiencia en fabricación, lo que le permite proporcionar baterías de alto rendimiento y alta seguridad.
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en aplicaciones como computadoras portátiles, teléfonos móviles, vehículos eléctricos de dos ruedas y drones, etc.
II. Baterías de energía
Utilizados en vehículos como los eléctricos, deben cumplir los requisitos de alta potencia de salida y larga autonomía de conducción, así como vida útil y seguridad.
1. Clasificación
Las baterías de energía se dividen principalmente en baterías de material ternario y baterías de fosfato de hierro y litio, según el material de sus electrodos positivos. Según sus diferentes métodos y formas de empaquetado, se dividen en baterías prismáticas, baterías de polímero y baterías cilíndricas. Los materiales ternarios se refieren al óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso (NCM) o al óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio (NCA). La principal diferencia entre las estructuras de empaque blando y las estructuras cuadradas y cilíndricas reside en la forma de la carcasa y el proceso de fabricación.
2. Historia del desarrollo de las baterías de energía
En las primeras etapas del desarrollo de la industria, cuando la densidad energética era una preocupación clave, los cátodos ternarios predominaban debido a su mayor densidad energética que las baterías de hierro-litio y a su mayor autonomía. Simultáneamente, los materiales ternarios también mostraron una tendencia hacia un mayor contenido de níquel. El proceso de empaquetado de baterías blandas ganó rápidamente cuota de mercado gracias a su alta densidad energética y excelente seguridad.
En las etapas intermedias del desarrollo de la industria, el fosfato de hierro y litio (LiFePO₄) se convirtió en el material principal gracias a su excelente seguridad y bajo costo. Gracias a las tecnologías CTP y sin módulos, la eficiencia del ensamblaje de baterías aumentó significativamente, mejorando la autonomía de las baterías LiFePO₄. Además, las baterías blade mejoran el uso del espacio y la seguridad, reduciendo así los costos de las baterías. Los diseños estructurales sin módulos (CTP y CTC) también mejoran la eficiencia del ensamblaje de baterías.
La industria ha alcanzado una etapa madura, con una creciente diversificación de las tecnologías y una nueva tendencia hacia la carga rápida de alto voltaje. Las baterías generalmente cumplen con el requisito de autonomía de 600 km, con el objetivo de mejorar la eficiencia y la seguridad de la carga. En ese momento, el LiFePO4 cobró relevancia debido a su alta densidad energética y excelente seguridad. Las baterías de estado semisólido y los colectores de corriente compuestos, entre otros materiales que pueden mejorar el rendimiento de la batería, también cobraron impulso. Al mismo tiempo, el electrodo negativo de silicio-carbono, hecho de nanosilicio, ofrece un buen rendimiento de carga rápida y una alta densidad energética. En cuanto a la tecnología de empaquetado, las mejoras en las tecnologías CTC y CTB aumentan el espacio en el eje Z del vehículo, mejoran la resistencia y reducen los costos.
3. Cadena industrial
(1) Materiales del cátodo
El fosfato ternario y el fosfato de hierro y litio son los dos principales
materiales del cátodo
Para baterías de energía. El ternario se puede dividir en níquel-cobalto-manganeso (NCM) y níquel-cobalto-aluminio (NCA).
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Fosfato de hierro y litio
Impulsado por la gran prosperidad del mercado descendente y el hecho de que el fosfato de hierro y litio supera a las baterías ternarias en densidad de energía y rendimiento de carga rápida, sus ventajas de seguridad y costo son prominentes, lo que lo convierte en el material principal para electrodos positivos.
Una forma de mejorar el rendimiento de los materiales de electrodos positivos de fosfato de hierro y litio es aumentar la densidad de compactación, que se refiere a la masa de material activo contenida en un electrodo unitario bajo condiciones de presión específicas. Esto afecta directamente la capacidad específica del electrodo, la eficiencia de carga y descarga, la resistencia interna y el rendimiento del ciclo de la batería. Las baterías de carga rápida requieren reducir el grosor del electrodo para reducir la resistencia interna y aumentar la velocidad de carga. Por otro lado, aumentar la densidad de compactación permite mantener o incluso aumentar la densidad energética con un electrodo más delgado.
Se espera que el volumen de envío de electrodos ternarios positivos alcance las 750.000 toneladas en 2024.
El mercado de materiales para electrodos ternarios positivos está fragmentado y la competencia entre fabricantes es feroz. En 2023, el CR3 representaba solo el 41 %. La capacidad de producción de electrodos ternarios positivos se está reduciendo gradualmente y la concentración de la industria sigue mejorando.
(2)
Materiales del ánodo
Los materiales para ánodos se dividen en dos categorías: materiales de carbono y materiales sin carbono. Los materiales de carbono incluyen materiales de grafito, como el grafito natural y el grafito artificial. La estructura en capas de los electrodos negativos de grafito facilita la inserción y desinserción de iones de litio. Los materiales sin carbono incluyen materiales a base de silicio, titanato de litio, materiales a base de estaño, nitruros, etc. Los materiales a base de silicio se consideran la nueva generación de tecnologías debido a su alta capacidad específica teórica (4200 mAh/g), muy superior a la capacidad real del grafito de 360 mAh/g. Además, los materiales a base de silicio son ricos en recursos naturales, económicos y respetuosos con el medio ambiente.
(3)
Electrolito de la batería
El electrolito se compone de sal de litio, disolvente y aditivos. Según la proporción másica, la sal de litio representa aproximadamente entre el 10 % y el 15 % del electrolito, el disolvente orgánico el 80 % y los aditivos entre el 5 % y el 10 %. El soluto principal actual es el hexafluorofosfato de litio (LiPF₄). Las diferentes proporciones de aditivos, como los aditivos formadores de película, los aditivos de protección contra sobrecargas, los aditivos para altas y bajas temperaturas, los aditivos retardantes de llama y los aditivos de tipo de tasa, tienen un impacto significativo en el rendimiento del electrolito.
(4)
Separador
El separador es un componente crucial de las baterías de litio y un material clave con las mayores barreras técnicas en la cadena de suministro. Su función principal es aislar los electrodos positivo y negativo entre sí para evitar cortocircuitos y proporcionar una vía para la migración de iones de litio durante la carga y la descarga. El separador influye significativamente en la resistencia, la capacidad y la vida útil de la batería, lo que, en última instancia, determina su seguridad.
Los separadores principales son separadores de poliolefina, que incluyen principalmente polipropileno, polietileno y compuestos de polipropileno-polietileno.
Los separadores con recubrimiento húmedo serán el futuro del desarrollo de separadores. Si bien son más costosos que los de recubrimiento seco, ofrecen mayor porosidad y permeabilidad al aire, lo que permite fabricar separadores más delgados y ligeros. La tecnología de recubrimiento puede mejorar la resistencia a la perforación y la seguridad de los separadores con recubrimiento húmedo. Los materiales de recubrimiento son diversos, incluyendo cerámica, PVDF y aramida.
4. Dirección futura del desarrollo tecnológico
(1) Batería de estado sólido
Se refiere al uso de electrolitos sólidos para reemplazar el electrolito y el diafragma de las baterías de litio tradicionales, logrando así la transmisión de iones y el almacenamiento de carga. Según el porcentaje de masa del electrolito, las baterías de estado sólido se dividen en: baterías semisólidas (contenido de electrolito entre el 5 % y el 10 %), baterías de estado cuasi-sólido (0 %-5 %) y baterías de estado sólido (0 % de electrolito). Es decir, los electrodos positivo y negativo, así como los electrolitos de las baterías de estado sólido, son todos materiales sólidos.
Los electrolitos de estado sólido son la clave técnica de las baterías de estado sólido. El electrolito de estado sólido ideal debe tener una conductividad electrónica insignificante, una excelente conductividad de iones de litio, buena compatibilidad química, estabilidad y características de producción a gran escala y de bajo costo. Los electrolitos actuales incluyen: sulfuros, óxidos, haluros metálicos y polímeros.
Los materiales del electrodo negativo de la batería de estado sólido incluyen principalmente tres categorías: electrodo negativo de metal y litio, electrodo negativo del grupo de carbono y electrodo negativo de óxido.
Las baterías tradicionales de litio líquido utilizan principalmente materiales del grupo del carbono (como el grafito) como electrodos negativos, pero están limitadas por la capacidad específica del carbono y el margen de desarrollo futuro es limitado. Los materiales de electrodos negativos basados en silicio tienen una alta capacidad específica teórica y son una dirección importante para la iteración de sistemas de materiales de electrodos negativos. Sin embargo, los materiales basados en silicio experimentan una fuerte expansión de volumen durante la carga y la descarga, lo que deteriora su rendimiento cíclico. Esto se puede mejorar mediante el recubrimiento de carbono, la nanomaterialización y otros medios técnicos. Los electrodos negativos de litio metálico se consideran el objetivo final debido a su altísima capacidad específica teórica, pero enfrentan desafíos en el crecimiento de las dendritas de litio y la estabilidad química.
Los materiales de electrodos positivos de baterías de estado sólido se concentran principalmente en electrodos positivos ternarios con alto contenido de níquel, óxido de litio, níquel y manganeso y rutas basadas en manganeso con alto contenido de litio.
(2) Reciclaje de baterías de energía
Actualmente, los métodos de reciclaje de baterías se dividen principalmente en utilización en cascada y reciclaje por desmontaje.
El aprovechamiento en cascada se refiere al procesamiento de baterías desechadas con alta capacidad residual que cumplen con los requisitos de uso para uso secundario, como almacenamiento de energía, vehículos de baja velocidad, subestaciones de estaciones base, etc. Generalmente, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen una buena vida útil y buena estabilidad térmica, lo que las hace más adecuadas. El reciclaje de desmontaje se refiere al uso de baterías desechadas mediante tecnología de proceso para recuperar metales como níquel, cobalto, manganeso, cobre, aluminio y litio en la batería, y luego reciclarlos. Las baterías ternarias tienen un alto contenido de metales raros, un alto valor de reciclaje, una vida útil baja y una baja estabilidad térmica, lo que las hace más adecuadas.
Cuando la capacidad de la batería cae por debajo del 80%, solo se puede reciclar. La batería reciclada debe pasar por predescarga, desmontaje, separación y otros procesos de preprocesamiento. Actualmente existen tres métodos de reciclaje: pirólisis, reciclaje húmedo y reciclaje biológico. El reciclaje húmedo se refiere al uso de una solución específica para lixiviar el material del electrodo positivo, de modo que el metal valioso se disuelva en el solvente en forma de iones, y luego los iones metálicos se separan y purifican mediante precipitación química, extracción por solventes y otros métodos. El reciclaje húmedo sigue siendo necesario para la separación y extracción de elementos metálicos en la etapa posterior de la pirólisis. El reciclaje biológico se caracteriza por un largo ciclo de cultivo.
(3) Colector de corriente compuesto
El tradicional
colector de corriente de batería
Es una lámina de cobre puro o de aluminio. El colector de corriente compuesto se refiere a un nuevo material fabricado mediante el recubrimiento uniforme de cobre sobre la superficie del sustrato mediante pulverización catódica magnetrónica y otros métodos sobre la superficie de películas plásticas como PET, PP y otros materiales. Cuando la batería sufre un cortocircuito, la capa de polímero en el centro del colector de corriente compuesto se funde y produce un cortocircuito, lo que suprime la corriente de cortocircuito, controla el embalamiento térmico de la batería y resuelve fundamentalmente el problema de explosión e incendio de las celdas. Además, la lámina de cobre compuesto es más económica y ligera que la lámina de cobre tradicional, lo que aumenta la densidad energética de la batería en más del 5 %.
III. Baterías de almacenamiento de energía
Estas baterías, que se utilizan en escenarios como la reducción de picos de la red, el almacenamiento de energía en el hogar y el almacenamiento de energía comercial e industrial, requieren tiempos de carga y descarga prolongados (más de 2 horas), priorizan la vida útil del ciclo y la rentabilidad, y tienen requisitos de densidad energética más bajos.
Los datos indican que los envíos de baterías de litio para almacenamiento de energía superarán los 320 GWh en 2024, con una tasa de crecimiento superior al 50 %. En cuanto a la estructura de los envíos, las celdas de almacenamiento de energía seguirán siendo la principal fuente, representando más del 80 %. De estos, los envíos de baterías de almacenamiento de energía alcanzaron aproximadamente los 280 GWh, con una tasa de crecimiento superior al 65 %; los envíos de baterías de almacenamiento para uso doméstico alcanzaron aproximadamente los 26 GWh, con una tasa de crecimiento superior al 30 %; y los envíos de baterías de almacenamiento de energía comerciales e industriales alcanzaron aproximadamente los 10 GWh, con una tasa de crecimiento superior al 40 %. Las baterías de fosfato de hierro y litio representan más del 90 % de las celdas enviadas y son la tecnología más utilizada.
Se prevé que los envíos globales de baterías de litio para almacenamiento de energía aumenten un 55 % interanual en 2024, con empresas chinas contribuyendo a más del 90 % de la capacidad de producción mundial. Según los envíos de baterías de litio para almacenamiento de energía doméstico, las baterías de 50 a 100 Ah son las más comunes en el mercado; el 80 % requiere una vida útil de 6000 ciclos, y los productos de alta gama alcanzan los 10 000 ciclos.
Actualmente, los principales fabricantes de celdas de 280 Ah están migrando a celdas de 314 Ah. Según datos de GGII, la tasa de transición de capacidad ha alcanzado el 52 %. Dado que la carcasa, la estructura y las dimensiones de ambas baterías se mantienen sin cambios, las empresas líderes pueden seguir utilizando líneas de producción de 280 Ah, con cambios principalmente en los procesos y materiales.
Acey Nueva Energía
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