Descubriendo los secretos de las baterías de litio ternarias

In the evolving landscape of energy storage and electric vehicles, the ternary lithium battery stands out as a key innovation. As a unique type of lithium-ion battery, it harnesses the combined strengths of three metals – nickel, cobalt, and manganese – in its positive electrode. This blend not only enhances the battery’s performance but also balances safety, capacity, and affordability. In a world increasingly focused on sustainable and efficient energy solutions, understanding the intricacies and potential of ternary lithium batteries is more important than ever.

Bajo las políticas verdes, las reglas de China y los límites de los vehículos urbanos, los autos de nueva energía están reemplazando a los viejos autos de gasolina. Cada vez más coches eléctricos forman parte de nuestra vida. En junio de 2019, había alrededor de 3,44 millones de automóviles de nuevas energías en China. Esto significa que el crecimiento de los coches eléctricos es rápido ahora. Las grandes marcas de automóviles están fabricando muchos modelos nuevos de coches eléctricos. Ganan más para ganar en el mercado. La batería es una pieza clave en los coches eléctricos. La gente piensa en ello primero porque resuelve el mayor problema del automóvil: cuánto tiempo puede funcionar.

1. Comprender el poder de las baterías de litio ternarias

Hablemos de baterías de coche empezando por los coches de gasolina. Los coches de gasolina y los coches eléctricos nuevos utilizan baterías diferentes. Los coches de gasolina tienen baterías de plomo-ácido o baterías que no necesitan mantenimiento. La gente las llama baterías de coche. Cargan rápido y arrancan motores. Pero duran poco, unos 2 o 3 años, y son grandes. No sirven para coches eléctricos de larga autonomía. La mayoría de los coches eléctricos utilizan ahora un tipo de batería llamada litio ternario.

Baterías ternarias de litioutilice níquel, cobalto, manganeso o níquel-cobalto-aluminio. Puedes cambiar la mezcla de estos metales. Estas baterías tienen más energía, más de 200Wh/kg. También tienen un voltaje más alto. Así, los coches pueden llegar más lejos y más rápido con ellos. Como los coches tienen espacio limitado, este tipo de batería es buena.

Tomemos a Tesla como ejemplo. Utilizan la batería ternaria de litio 18650 de Panasonic. Después de fabricar el Modelo 3, utilizan una batería nueva, 21700. El nombre 18650 significa que tiene 18 mm de ancho y 65 mm de largo. La batería 21700 tiene aproximadamente 300 Wh/kg de energía, un 20 % más que la antigua batería 18650.

2. What Is Ternary Lithium Battery?

A ternary lithium battery is a type of lithium-ion battery. It’s unique because it uses a mix of three metals – nickel, cobalt, and manganese – in its positive electrode. This special blend brings together the best qualities of these metals. It offers the reliable cycle performance found in lithium cobaltate, the impressive capacity of lithium nickelate, and combines them with the safety and affordability of lithium manganate.

3. Understanding Ternary Lithium Battery Advantages

High Energy Density

Ternary lithium batteries stand out for having the highest energy density among batteries. This means they can hold more power in a smaller space. For example, the Tesla Model Y uses a ternary battery and can travel up to 440 kilometers on a single charge.

High Discharge Voltage

The discharge voltage of a single ternary lithium battery is around 3.7V, which is higher than the 3.2V of LiFePO4 batteries and the 2.3V of lithium titanate batteries. A higher discharge voltage means these batteries can store more energy, leading to longer battery life for the same size and weight.

Longer Life Cycle

Generally, the cycle life of a ternary lithium battery ranges between 800 to 1,000 uses.

Eco-Friendly and Recyclable

Ternary lithium batteries are more eco-friendly compared to lead-acid batteries. They have a recycling efficiency of over 95%, making them a greener choice that impacts the environment less.

4. Ternary Lithium Batteries: Limitations to Know

Safety Concerns

One of the primary drawbacks of ternary lithium batteries is their safety. The structure of these batteries is less stable compared to other types, which can lead to safety issues. There’s a risk of catching fire, especially when the battery is impacted or exposed to continuous high temperatures.

Heat Resistance Challenges

Ternary lithium batteries also struggle with heat resistance. They are more susceptible to damage and potential hazards when exposed to high temperatures.

Shorter Lifespan

Compared to lithium iron phosphate batteries, ternary lithium batteries have a shorter lifespan. While a LiFePO4 battery can last for 2,000 to 6,000 cycles, ternary lithium batteries typically only reach about 800 to 1,000 cycles.

Limitations in High-Power Discharge

Another limitation of ternary lithium batteries is their performance in high-power discharge situations. They are less capable of handling high-power demands efficiently.

Toxicity and High-Temperature Risks

The elements used in ternary lithium batteries can be toxic, and these batteries are prone to sharp temperature increases during high-power charge and discharge cycles. The release of oxygen at high temperatures can lead to combustion risks.

5. Ternary Lithium Battery Life Cycle Explained

What Does Cycle Life Mean for Ternary Lithium Batteries?

The cycle life of a ternary lithium battery refers to how long the battery lasts before its capacity falls to 70% of its original capacity. This is tested under specific conditions: at room temperature (25°C), standard atmospheric pressure, and using a 0.2C discharge rate. Generally, the cycle life of lithium batteries is measured by the number of charge and discharge cycles they can undergo.

Comparing Cycle Life of Different Batteries

An average ternary lithium battery has a cycle life of about 800 cycles, which is moderate compared to other types of lithium batteries. For instance, lithium iron phosphate batteries can last for about 2,000 to 6,000 cycles, while lithium titanate batteries can reach up to 10,000 to 25,000 cycles.

Factors Affecting Cycle Life

The cycle life of a battery also depends on several factors such as the usage environment, discharge rate, and battery consistency. The longest cycle life is typically achieved at a room temperature of 25 degrees Celsius. Higher or lower temperatures can reduce the battery’s cycle life. Ideally, a discharge current of 0.2C is best for maximizing a lithium battery’s life. High current levels can damage the internal structure of the battery, leading to a shortened lifespan.

6. China’s Lead in Battery Tech: CATL and BYD Rise

China lidera en tecnología de baterías. Empresas como CATL y BYD son los principales actores. Ahora, los fabricantes de automóviles chinos como GAC y Nio y marcas globales como Mercedes y Volkswagen utilizan la batería NCM811 de CATL. NCM811 es un tipo de batería de litio ternaria. Esta batería utiliza níquel, cobalto y manganeso. El “811” indica la mezcla: 80% níquel, 10% cobalto, 10% manganeso. "NCM" significa estos metales. Existen otras baterías como NCM523 y NCM622. Mucha gente usa la batería NCM532. Pero el nuevo CATL NCM811 tiene 304Wh/kg de energía. Eso significa que los autos que lo usan pueden llegar más lejos.

7. The Battery Challenge: Electric Cars’ Biggest Hurdle

El mayor problema de los coches eléctricos es la duración de la batería. En resumen, es necesario mejorar la tecnología de las baterías. Las baterías ternarias de litio actuales son estables y resistentes. Pero pueden cargarse y descargarse unas 2000 veces. Si se usan mucho o no se cargan completamente, se desgastan más rápido. Cuando la vida útil de una batería es inferior al 70%, se acabó. La única solución es una batería nueva.

China tiene reglas para esto. Los fabricantes de automóviles deben ofrecer una garantía de 8 años o 120.000 kilómetros para piezas fundamentales como las baterías. ¿Qué pasa después de eso? Si hay daños o desgaste, los propietarios pagan para reemplazarlos. ¿Pero vale la pena? Una batería nueva puede costar más que el valor del automóvil. Las baterías son la parte más cara de los coches eléctricos.

Los coches eléctricos nuevos son más baratos gracias a los subsidios de China. Pero no hay ningún subsidio sólo para una batería nueva. Y las baterías son costosas. Por ejemplo, la batería de 60 kWh de BYD cuesta alrededor de 14.000 dólares. La batería de 70 kWh de Nio es la misma. El coste de Tesla se estima en 141 dólares por kWh. Por lo tanto, su batería de 60 kWh para el Model 3 podría costar alrededor de 11.000 dólares. Dada una vida útil de 5 a 10 años, ¿vale la pena reemplazar la batería después de 5 años? Es una gran pregunta.

8. Protecting the Environment: How to Handles Batteries

¿Por qué impulsar coches de nuevas energías? Por el medio ambiente. Pero las baterías también pueden contaminar. Entonces, ¿qué pasa con las baterías de coche viejas? Hay muchos de ellos ahora. En China, hay una manera de manejarlos. En agosto de 2018, China inició un programa. Se trata de reciclar baterías de coche. Quieren que las empresas trabajen juntas. El mejor jugador es Tower Company. Lideran en China. Tower Energy trabaja con muchas empresas de automóviles. Tienen 2.075 puntos de reciclaje en 31 lugares. Se centran nuevamente en usar baterías.

¿Cómo manejan las baterías viejas? Primero, los recogen y controlan. Luego, los clasifican. Algunas baterías no se pueden volver a utilizar. Los descomponen. Obtienen metales de ellos. Estas baterías tienen sustancias nocivas. Como mercurio, plomo, cobre y más. Dejarlos salir es malo para la naturaleza. Por eso deben tener cuidado. Si una batería aún está en buen estado, se reutiliza. Las baterías viejas pero que funcionan se venden a diferentes empresas. Pueden usarse en grandes camiones eléctricos o almacenarse para generar energía. Lugares como las redes eléctricas los utilizan. Lo mismo ocurre con las represas y las farolas solares.