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Tabla de contenido
El resurgimiento de las baterías de fosfato de hierro y litio: un regreso como el de un ave fénix
Batería de fosfato de hierro y litio, se refiere a una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio (LiFePO4) como material de cátodo.
También tiene un nombre más largo, llamado fosfato de hierro y litio. batería de iones de litio, que proviene de su proceso de carga y descarga.
Cuando se carga la batería de fosfato de hierro y litio, los iones de litio del cátodo migran al ánodo de grafito a través del separador de polímero; durante la descarga, los iones de litio migran desde el ánodo a través del separador de regreso al cátodo.
Debido a que el rendimiento de las baterías de fosfato de hierro y litio es particularmente adecuado para aplicaciones de energía y es reconocido internacionalmente como baterías ambientales ecológicas no tóxicas y libres de contaminación, son ampliamente favorecidas y se destacan en el campo de las baterías de iones de litio.
Con la política de doble carbono elevada a nivel estratégico, las baterías de fosfato de hierro y litio también han experimentado un alto crecimiento en el sector de almacenamiento de energía.
En 2021, el envío mundial de almacenamiento de energía baterías de litio El volumen de envíos de baterías de litio para almacenamiento de energía en China fue de 70 GWh, lo que representa un aumento de 1591 TP3T, de las cuales la ruta de fosfato de hierro y litio representó más de 501 TP3T. En 2021, el envío de baterías de litio para almacenamiento de energía en China fue de 48 GWh, de las cuales la ruta de fosfato de hierro y litio representó aproximadamente 98,51 TP3T.
1. Historia de las baterías de fosfato de hierro y litio
Rendimiento, seguridad y costo son el "triángulo imposible" de la industria de las baterías de potencia. Es difícil lograr simultáneamente un rendimiento superior, alta seguridad y bajo costo.
Esta “relación triangular” atraviesa el desarrollo de las baterías de litio y también hace que el camino de las baterías de fosfato de hierro y litio sea un tanto accidentado.
Las baterías de litio se dividen principalmente en cobaltato de litio (LCO), manganato de litio (LMO), fosfato de hierro y litio (LFP), materiales ternarios óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso (NCM) y aluminato de litio, níquel y cobalto (NCA) según los diferentes materiales del cátodo.
Entre ellas, las baterías de cobaltato de litio y manganato de litio están restringidas respectivamente por el costo y el rendimiento, mientras que las baterías ternarias de litio, níquel, cobalto y manganeso sinergizan los materiales de cobaltato de litio, niquelato de litio y manganato de litio, basándose en una mayor densidad de energía y un mayor rango de crucero para destacarse y convertirse en el representante de la "facción de rendimiento".
Por el contrario, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen una densidad energética relativamente menor y una peor resistencia a bajas temperaturas, pero tienen las ventajas de un bajo costo, alta seguridad y una vida útil más larga, convirtiéndose en representantes de la "facción costo-rendimiento".
1.1 Progreso de las baterías de fosfato de hierro y litio de 10 años de China
Desde 2009, el país ha adoptado políticas de subsidios para promover el desarrollo de toda la industria, y el envío de baterías de fosfato de hierro y litio y baterías ternarias ha aumentado significativamente.
A partir de 2016, cuando el desarrollo de vehículos de nuevas energías en China entró en una fase estratégica, el requisito de densidad energética del sistema de baterías en las normas de evaluación de subsidios para vehículos de nuevas energías siguió aumentando, priorizando la alta densidad energética y la larga autonomía. Esto impulsó el mercado hacia baterías ternarias con un rendimiento inherentemente mejor.
En junio de 2019, la proporción de instalaciones de baterías ternarias en China había alcanzado más de 70% del total de instalaciones, ocupando una ventaja absoluta, mientras que las baterías de fosfato de hierro y litio solo tenían una participación de 27%.
Sin embargo, la buena época para las baterías ternarias no duró mucho. Para agosto de 2022, la proporción de instalaciones de baterías de fosfato de hierro y litio en China alcanzó las 621 TP3T del total de instalaciones, mientras que la de baterías ternarias se redujo a 381 TP3T.
1.2 Análisis del mercado de baterías de fosfato de hierro y litio
- Disminución de los subsidios de política: después de 2019, los subsidios locales se cancelaron en el sector de automóviles de pasajeros, con una disminución general de aproximadamente 60%-67%, y un plan para eliminarlos por completo para fines de 2022.
- Optimización del rendimiento de la oferta: La optimización del diseño de celdas de batería de gran tamaño y las estructuras del sistema aumentaron eficazmente la densidad energética de las baterías de fosfato de hierro y litio. Los vehículos de nueva energía equipados con baterías de fosfato de hierro y litio pueden alcanzar una autonomía de más de 500 km, lo que permite satisfacer las necesidades de desplazamientos urbanos y viajes de corta distancia.
- Enfoque de la demanda en la seguridad: cuando la autonomía está garantizada, el enfoque de los clientes cambia gradualmente de la mejora extrema del rendimiento a una mayor seguridad, y la ventaja marginal de las baterías ternarias en comparación con las baterías de fosfato de hierro y litio se debilita enormemente.
En la actualidad, en el campo de la energía, la competencia entre las baterías ternarias y las baterías de fosfato de hierro y litio es clara: las baterías ternarias tienen voz y voto en el mercado de automóviles de alta gama de alto rendimiento y largo alcance, mientras que las baterías de fosfato de hierro y litio se han afianzado en el mercado de automóviles de gama media a baja y continúan penetrando hacia arriba con la optimización de la estructura del sistema.
2. Comercialización de baterías de fosfato de hierro y litio
El tablero de ajedrez de baterías de fosfato de hierro y litio Se extiende desde los recursos minerales hasta los separadores y electrolitos, y luego a la fabricación de baterías, todos conectados entre sí.
En términos de costos de producción, la mayor proporción de materias primas en las baterías de fosfato de hierro y litio son los materiales del cátodo (26%), seguidos de los materiales del ánodo (14%), los separadores (11%), los electrolitos (10%) y, finalmente, la lámina de cobre (6%).
Sin embargo, cuando se analiza la intensidad de inversión por GW, la intensidad de inversión en materiales de cátodo y láminas de cobre es la mayor, con 90 millones y 55 millones respectivamente, lo que indica que estos dos vínculos son operaciones con muchos activos y que la expansión de la capacidad requiere una inversión de capital significativa.
Los actores del material de cátodo de fosfato de hierro y litio son en su mayoría empresas químicas a gran escala con reservas de minas de litio, minas de fosfato, etc. La concentración de la industria es alta, pero ha mostrado una tendencia a la baja en los últimos años; las barreras en la industria de láminas de cobre radican principalmente en la formulación de láminas aditivas y la depuración de equipos, y la estructura actual de la industria está relativamente dispersa.
En comparación, los separadores, electrolitos y materiales ánodos son mejores vínculos, con menor intensidad de inversión, mejor concentración industrial y mayor poder de fijación de precios.
Los materiales del cátodo son factores decisivos para el rendimiento químico de las baterías de litio, como la densidad energética y la seguridad.
En el costo de preparación de materiales para cátodos de fosfato de hierro y litio, la proporción de fuentes de litio es de 59,41 TP³T, y la combinación de fuentes de hierro y fósforo representa casi 701 TP³T del costo de la materia prima. La estrategia futura de reducción de costos se centra en la reducción de la pérdida de materia prima y la búsqueda de fuentes minerales alternativas de bajo costo.
El proceso de preparación del fosfato de hierro y litio se basa principalmente en métodos de fase sólida y líquida. El método de fase sólida es sencillo y adecuado para la producción a gran escala, mientras que el método de fase líquida produce productos de fosfato de hierro y litio con mayor consistencia y rendimiento cíclico, como DFNano.
La estructura del mercado de materiales para cátodos de fosfato de hierro y litio es estable, con una fuerte competencia entre dos gigantes. Hunan Yueneng y DFNano controlan casi la mitad de la cuota de mercado, con un CR2 de 45.21% en 2021.
Si observamos toda la industria de materiales de cátodo, el rápido crecimiento de la demanda de baterías de fosfato de hierro y litio también ha impulsado a los materiales de cátodo de fosfato de hierro y litio a convertirse en la corriente principal del mercado.
Según los datos, la producción total de materiales catódicos nacionales alcanzó las 720.200 toneladas en el primer semestre de 2022, lo que representa un aumento interanual de 54,61 TP³T. Entre ellos, la producción acumulada de materiales de fosfato de hierro y litio fue de 384.700 toneladas, lo que representa un aumento interanual de 119,11 TP³T, lo que representa 531 TP³T; la producción acumulada de materiales catódicos ternarios fue de 263.800 toneladas, lo que representa un aumento interanual de 45,91 TP³T, lo que representa 371 TP³T.
Al mismo tiempo, los volúmenes de envío de fosfato de hierro y litio y materiales de cátodos ternarios en China alcanzaron las 411.000 y 280.000 toneladas en el primer semestre de 2022, con incrementos interanuales de 1361 TP3T y 481 TP3T, respectivamente. Esta superduplicación de los volúmenes de envío también ha posicionado a Hunan Yueneng y DFNano en el primer y segundo lugar en la industria de materiales de cátodos en 2021.
Como dice el refrán, "con marea alta, todo se salva". La estrecha relación entre el aumento de precios y volúmenes de materias primas upstream y la fabricación de baterías midstream, y el desarrollo de aplicaciones de uso final downstream es evidente. Tras un cambio radical en el sector de las baterías de energía, las baterías de fosfato de hierro y litio han descubierto un nuevo mundo.
3. Abriendo un nuevo mundo de baterías de fosfato de hierro y litio
En el contexto de la neutralidad de carbono y la construcción del 5G, la brecha de demanda en el sector del almacenamiento de energía se está expandiendo. El almacenamiento de energía de litio es actualmente la tecnología de mayor crecimiento en el nuevo sector de almacenamiento de energía de China.
Las características económicas y de seguridad son factores importantes para las baterías de almacenamiento de energía.
Los sistemas de energía eólica y solar tienen altos costos y variabilidad ambiental, lo que requiere baterías de almacenamiento de energía con uso duradero, rendimiento estable, fuerte adaptabilidad ambiental y bajo costo.
3.1 Características de las baterías de fosfato de hierro y litio
Las baterías de fosfato de hierro y litio tienen una vida útil más larga que las baterías de plomo-ácido y ternarias, con más de 2000 ciclos y entre 3 y 4 veces la capacidad de las baterías de plomo-ácido.
Además, las baterías de fosfato de hierro y litio mantienen estructuras estables a altas temperaturas gracias a su estructura de olivino, lo que ofrece mayor seguridad y estabilidad. Ofrecen un amplio rango de temperatura de funcionamiento.
Además, las baterías de fosfato de hierro y litio no tienen efecto memoria, se pueden cargar según sea necesario y no requieren una descarga completa antes de cargarlas. No contienen metales pesados tóxicos, son respetuosas con el medio ambiente y tienen menores costos de materia prima y mantenimiento.
En la construcción, el almacenamiento de energía de litio tiene una configuración de capacidad flexible, menos restricciones de sitio y períodos de construcción más cortos, lo que proporciona servicios de regulación rápida para los sistemas de energía.
Las estadísticas muestran que en los primeros tres trimestres de 2022, la nueva capacidad instalada de proyectos de almacenamiento de energía de China alcanzó los 963,7 GW, un aumento interanual de 120%, siendo el almacenamiento de fosfato de hierro y litio la mayoría.
Fuentes internas afirmaron que, actualmente, el suministro de materiales de partida para las celdas de batería de fosfato de hierro y litio es limitado. El volumen diario de envíos de sistemas de almacenamiento de energía a la línea de producción supera los 10 GWh, con una demanda diaria de más de 13 000 celdas.
Después del ensamblaje y las pruebas, la mayoría de los nuevos dispositivos de almacenamiento de energía de fosfato de hierro y litio se enviarán a bases de energía eólica y solar como instalaciones de almacenamiento de apoyo, mejorando la eficiencia y la estabilidad de las plantas de energía.
En comunicaciones, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información confirmó el papel principal de las baterías de fosfato de hierro y litio en las aplicaciones de almacenamiento de energía de estaciones base 5G en agosto de 2020. Muchos proyectos nacionales de almacenamiento de energía del lado de la energía también utilizan baterías de fosfato de hierro y litio.
En 2021, se construyeron 650.000 nuevas estaciones base 5G en China. Con un consumo de energía de 3.500 W por estación base y una duración de emergencia de 4 horas, cada estación necesita 14 kWh de energía de respaldo. El mercado de almacenamiento de energía de estaciones base 5G en 2021 podría generar una demanda de 9,1 GWh para baterías de fosfato de hierro y litio.
3.2 Necesidades de almacenamiento de energía de China
La demanda de almacenamiento de energía a nivel nacional se centra principalmente en el almacenamiento de energía y comunicaciones, mientras que la demanda internacional proviene del almacenamiento doméstico. Las razones incluyen:
- Precios elevados de la energía: los países europeos han experimentado un aumento en los precios de la energía, y los altos precios minoristas de la electricidad junto con los subsidios políticos están estimulando el desarrollo del mercado local de almacenamiento en los hogares.
- Alta participación en actividades al aire libre: Estados Unidos tiene el mayor mercado de demanda de actividades al aire libre, y el camping, las caravanas, las computadoras, la iluminación y la fotografía aumentan la necesidad de dispositivos portátiles de almacenamiento de energía para el hogar.
- Preparación para emergencias y desastres: Los productos de almacenamiento de energía portátiles son populares en Japón y han sido certificados como suministros de seguridad para la prevención de desastres por la Asociación de Prevención de Desastres de Japón en 2020, reemplazando gradualmente a los motores de combustible tradicionales.
3.2 Necesidades de almacenamiento de energía en el extranjero
El auge del mercado de almacenamiento de energía en el extranjero brinda oportunidades para las empresas nacionales de baterías de litio.
Los datos de Aduanas muestran que en los primeros nueve meses del año, las exportaciones acumuladas de baterías de iones de litio de China alcanzaron $34.911 millones, un aumento interanual de 83,3%, superando el valor total de exportación de baterías de litio de 2021.
El mercado internacional de almacenamiento de energía se ha convertido en la principal fuente de ingresos para las empresas nacionales de baterías de almacenamiento de energía. Empresas nacionales de baterías de almacenamiento de energía de primer nivel, representadas por CATL y BYD, se han consolidado entre los integradores y propietarios de sistemas extranjeros.
El almacenamiento de energía como un juego independiente está tomando mayor importancia y
Las baterías de fosfato de hierro y litio pueden ser la clave para inclinar la balanza.
4. Conclusión
Las fuerzas internas, las políticas externas y los objetivos macroeconómicos determinan si un material o una tecnología pueden pasar del laboratorio al mercado y, en última instancia, tener éxito.
Desde las baterías de energía hasta el almacenamiento de energía, las baterías de fosfato de hierro y litio han superado con éxito los obstáculos de comercialización con sus excelentes propiedades, cadenas industriales maduras y un vasto potencial de mercado, convirtiéndose en la fuerza principal en la industria de las baterías de litio.
Sin embargo, las baterías de fosfato de hierro y litio no son perfectas y sus limitaciones de rendimiento llevan al mercado a buscar e investigar continuamente nuevos materiales mejorados, como el fosfato de hierro y manganeso y litio.
La tecnología sigue avanzando y el mercado está en constante evolución. El fuerte impulso de desarrollo en los campos de la energía y el almacenamiento de energía impulsará el desarrollo de las baterías de fosfato de hierro y litio a un escenario más amplio.
