5 diferencias entre la batería ternaria y la de fosfato de hierro y litio

Las baterías ternarias se refieren a baterías ternarias de iones de litio. Utilizan litio, níquel, cobalto y manganeso (Li(NiCoMn)O2) como material del electrodo positivo. Los precursores de estos materiales de electrodos positivos compuestos ternarios se producen a partir de sal de níquel, sal de cobalto y sal de manganeso. Las proporciones de níquel, cobalto y manganeso se pueden ajustar según sea necesario. En comparación con las baterías de óxido de cobalto y litio, aquellas que utilizan materiales ternarios como electrodo positivo presentan una mayor seguridad.

La batería ternaria de litio es adecuada para baterías eléctricas o baterías pequeñas, especialmente aquellas con alta capacidad. Hoy en día, las celdas de material ternario han reemplazado a las celdas de óxido de cobalto y litio que antes se usaban ampliamente, y se utilizan ampliamente en baterías de computadoras portátiles.

Actualmente, las dos baterías de iones de litio más importantes del mercado son las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías ternarias de iones de litio. En este escenario, ¿cuál es mejor, una batería ternaria de iones de litio o una batería de fosfato de hierro y litio? Profundicemos en sus fortalezas y debilidades.

Batería de fosfato de hierro y litio:

Baterías de fosfato de hierro y litioEstán elaborados a partir de materias primas, fósforo y hierro, que abundan en la corteza terrestre. Por tanto, la oferta está menos restringida. Estas baterías tienen voltaje moderado (3,2 V), alta capacidad por unidad de peso (170 mAh/g), alta potencia de descarga, capacidad de carga rápida y ciclo de vida prolongado. También exhiben una mayor estabilidad en condiciones térmicas y de alta temperatura en comparación con otros tipos de baterías. En comparación con las baterías ternarias de litio y óxido de litio y manganeso de uso común, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen al menos cinco ventajas principales: mayor seguridad, mayor vida útil, ausencia de metales raros y metales pesados ​​​​altamente contaminantes, soporte para carga rápida y amplio rango de temperaturas de trabajo.

Batería de litio ternaria:

Baterías de iones de litio de polímero ternarioutilice óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso (Li (NiCoMn) O2) como material del electrodo positivo y, específicamente, grafito como electrodo negativo, de ahí el término "batería de litio de potencia ternaria". Si el electrodo negativo es titanato de litio, normalmente se lo denomina "titanato de litio" y no pertenece al "material ternario" común.

Las baterías ternarias de iones de litio tienen una alta densidad de energía y un mejor rendimiento cíclico que las baterías de litio normales. Hoy en día, con mejoras continuas en formulación y estructura, el voltaje nominal de estas baterías ha alcanzado los 3,7 V y la capacidad ha alcanzado o superado el nivel de las baterías de litio normales.

Comparación entre la batería de litio ternaria y la batería de fosfato de hierro y litio

¿Cuál es más segura, la batería ternaria de litio o la batería de fosfato de hierro y litio?

Alta temperatura:

En términos de rendimiento de seguridad, las baterías de fosfato de hierro y litio superan a las baterías de litio ternarias. La razón principal radica en su mejor resistencia térmica, ya que pueden soportar temperaturas de hasta más de 800 grados. En otras palabras, las baterías de fosfato de hierro y litio normalmente no se encienden a menos que alcancen temperaturas superiores a 800 grados.

Por otro lado, la batería de litio ternaria es bastante diferente, con su temperatura térmica descontrolada que ronda los 200 grados. En cuanto a los incidentes en los que se incendian vehículos de nueva energía, la mayoría involucran baterías de litio ternarias. Las baterías tradicionales de fosfato de hierro y litio, cuando se someten a pruebas de perforación, exhiben humo pero no llamas visibles, y la temperatura de su superficie alcanza entre 200 ℃ y 400 ℃. Por el contrario, las baterías de litio ternarias se calientan hasta más de 500 grados instantáneamente después de ser perforadas y luego comienzan a arder violentamente. Por lo tanto, en regiones con altas temperaturas, el riesgo de que una batería de litio ternaria se incendie es relativamente mayor.

Baja temperatura:

Las baterías de litio se debilitan significativamente con las bajas temperaturas. El límite de baja temperatura para el fosfato de hierro y litio es generalmente -20 ℃, mientras que la batería de litio ternaria puede soportar temperaturas tan bajas como -30 ℃. Entre 0 y -20 ℃, las baterías de litio se deterioran entre un 10% y un 30%, pero el deterioro de las baterías de litio ternarias es generalmente un 10% menor que el del fosfato de hierro y litio. Actualmente, muchos fabricantes de automóviles y productores de baterías están desarrollando tecnologías avanzadas de gestión térmica para mejorar el rendimiento de las baterías a baja temperatura.

Densidad de energía: la batería de litio ternaria tiene mayor densidad de energía

La densidad de energía de la batería de litio ternaria generalmente oscila entre 180 y 230 Wh/kg, y la batería de litio ternaria con alto contenido de níquel puede alcanzar fácilmente 250 Wh/kg. Sin embargo, un alto contenido de níquel puede aumentar la inestabilidad de la batería. Las baterías de fosfato de hierro y litio, por otro lado, tienen una densidad energética típicamente de entre 140 y 160 Wh/kg, que podría alcanzar hasta 180 Wh/kg como máximo. Las baterías Blade, un tipo de batería de fosfato de hierro y litio, tienen una densidad energética de 140 Wh/kg en la primera generación y potencialmente 180 Wh/kg en la segunda generación.

Para ser precisos, la densidad de energía de la batería se puede clasificar en densidad de energía en peso y densidad de energía en volumen. Del primero es de lo que solemos hablar, mientras que el segundo suele recibir menos atención pero es igualmente importante. Por ejemplo, a través de la innovación estructural, las baterías Blade han aumentado su densidad de energía volumétrica de 251 Wh/L a 320 Wh/L. Aunque su densidad de energía de peso no es alta, su alcance es comparable al de la batería de litio ternaria.

Vida útil: las baterías de fosfato de hierro y litio tienen una vida útil más larga

Las baterías de plomo-ácido de larga duración tienen un ciclo de vida de alrededor de 300 veces, llegando hasta 500 veces como máximo. Las baterías de fosfato de hierro y litio tienen un ciclo de vida superior a 2000 veces. El mismo peso de las baterías de plomo-ácido tiende a seguir el patrón de “nuevas durante medio año, viejas durante medio año, mantenimiento durante otro medio año”, totalizando entre 1 y 1,5 años como máximo. Por el contrario, en condiciones similares, la vida útil teórica de los paquetes de baterías de fosfato de hierro y litio puede alcanzar entre 7 y 8 años.

Los paquetes de baterías de fosfato de hierro y litio generalmente duran alrededor de 8 años. Si se utilizan en las regiones del sur, su vida útil puede incluso extenderse más allá de los 8 años. La vida útil teórica de las baterías de fosfato de hierro y litio también supera los 2000 ciclos de carga y descarga. Incluso si se cargan una vez al día, pueden durar más de cinco años. Normalmente, para el uso doméstico diario, cargándolos cada tres días, pueden durar aproximadamente ocho años. Sin embargo, dado que las baterías de fosfato de hierro y litio funcionan mal a bajas temperaturas, su vida útil es relativamente más larga en las regiones del sur.

La vida útil de los paquetes de baterías de fosfato de hierro y litio es de alrededor de 5000 ciclos. Cada batería producida tiene su propio ciclo de descarga (por ejemplo, mil veces). Superando este conteo, la batería llegará al final de su vida. La descarga completa puede afectar gravemente al uso de la batería, por lo que es fundamental evitar la descarga excesiva.

La batería de litio ternaria tiene un ciclo de vida de carga y descarga de aproximadamente 2000 veces, mientras que el fosfato de hierro y litio suele ser de 3000 veces, 1,5 veces mayor que el de la batería de litio ternaria. La vida útil de la batería no se mide en años sino en tiempos de ciclo de carga-descarga. Por ejemplo, después de 2000 ciclos, el deterioro de la batería es inferior al 20%. Eso significa que, después de 2000 ciclos, la capacidad de la batería equivale a solo el 80% restante y, si se continúa utilizando, seguirá degradándose constantemente.

Rango de aplicación

Batería de litio ternaria: La batería de litio ternaria, con su alta densidad de energía, características de seguridad estables, excelentes características electroquímicas como soporte de descarga de alta velocidad y rentabilidad, se usa ampliamente en campos de baterías de litio de pequeña escala, como la electrónica digital de consumo y la industria. equipos e instrumentos médicos. También muestran un gran potencial de desarrollo en áreas de baterías de litio, como robots inteligentes, vehículos logísticos AGV, drones y vehículos de nuevas energías.

Baterías de fosfato de hierro y litio: en términos de uso, las baterías de fosfato de hierro y litio son adecuadas para escenarios donde hay mucho espacio, las condiciones permiten baterías de gran volumen, se requiere un alto rendimiento de seguridad y se necesitan tiempos de operación prolongados e ininterrumpidos. Actualmente, las baterías de fosfato de hierro y litio se utilizan en áreas como vehículos de nueva energía, almacenamiento de energía, estaciones base 5G, vehículos de dos ruedas, camiones pesados ​​y barcos eléctricos.

Costo: menor costo de la batería de fosfato de hierro y litio

El material catódico de las baterías de litio representa el 50% del coste total de la batería. El costo total de las baterías de fosfato de hierro y litio es un 20% menor que el de la batería de litio ternaria. Por tanto, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen cierta ventaja en términos de coste.

Conclusión

Las principales diferencias entre el fosfato de hierro y litio y la batería de litio ternaria son el costo, el rendimiento a baja temperatura, la resistencia al calor, la densidad de energía y la vida útil.

1. Costo: Las baterías de fosfato de hierro y litio no contienen metales costosos como el cobalto, por lo que el costo de las materias primas es menor, mientras que ocurre lo contrario con las baterías de litio ternarias.
2. Rendimiento a baja temperatura: la temperatura de trabajo extrema para la batería de litio ternaria es de -30 grados Celsius, mientras que para las baterías de fosfato de hierro y litio es de -20 grados Celsius. Además, en las mismas condiciones de baja temperatura, la descomposición de las baterías de fosfato de hierro y litio es más grave.
3. Resistencia al calor: como se mencionó anteriormente, la temperatura descontrolada térmica del fosfato de hierro y litio puede alcanzar los 800 grados Celsius, mientras que la batería de litio ternaria solo alcanza los 200 grados Celsius, lo que significa que las baterías de fosfato de hierro y litio funcionan mejor en resistencia al calor.
4. Densidad de energía: la batería de litio ternaria tiene una mayor densidad de energía, lo que significa que puede contener más electrones en el mismo volumen. Por lo tanto, con la misma capacidad, el volumen y el peso de la batería de litio ternaria serán menores.
5. Vida útil: el ciclo de carga y descarga de las baterías de fosfato de hierro y litio puede alcanzar más de 3500 veces, y algunas incluso hasta 5000 veces, mientras que la vida útil de la batería de litio ternaria es solo de unas 2500 veces. Por tanto, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen una vida útil más larga.