5 diferenças entre baterias ternárias e de fosfato de ferro-lítio

Baterias ternárias referem-se a baterias ternárias de íons de lítio. Elas utilizam lítio-níquel-cobalto-manganês (Li(NiCoMn)O2) como material do eletrodo positivo. Os precursores desses materiais de eletrodo positivo composto ternário são produzidos a partir de sal de níquel, sal de cobalto e sal de manganês. As proporções de níquel, cobalto e manganês podem ser ajustadas conforme necessário. Em comparação com as baterias de óxido de lítio-cobalto, aquelas que utilizam materiais ternários como eletrodo positivo apresentam maior segurança.

A bateria ternária de lítio é adequada para baterias de energia ou pequenas baterias, especialmente aquelas de alta capacidade. Atualmente, as células de material ternário substituíram as células de óxido de cobalto e lítio, amplamente utilizadas anteriormente, sendo amplamente utilizadas em baterias de laptop.

Atualmente, as duas baterias de íons de lítio mais populares no mercado são as de fosfato de ferro-lítio e as ternárias de íons de lítio. Nesse cenário, qual é melhor: uma bateria ternária de íons de lítio ou uma de fosfato de ferro-lítio? Vamos analisar seus pontos fortes e fracos.

Bateria de fosfato de ferro e lítio:

Baterias de fosfato de ferro-lítio São feitas de matérias-primas, fósforo e ferro, abundantes na crosta terrestre. Assim, o fornecimento é menos restrito. Essas baterias têm voltagem moderada (3,2 V), alta capacidade por unidade de peso (170 mAh/g), alto poder de descarga, capacidade de carregamento rápido e longo ciclo de vida. Elas também apresentam maior estabilidade em altas temperaturas e condições térmicas em comparação com outros tipos de baterias. Comparadas às baterias ternárias de lítio e óxido de manganês de lítio comumente usadas, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm pelo menos cinco vantagens principais: maior segurança, maior vida útil, ausência de metais raros e metais pesados altamente poluentes, suporte para carregamento rápido e ampla faixa de temperatura de trabalho.

Bateria de lítio ternária:

Baterias ternárias de polímero de íons de lítio utilizam óxido de lítio, níquel, cobalto e manganês (Li(NiCoMn)O2) como material do eletrodo positivo e, especificamente, grafite como eletrodo negativo – daí o termo "bateria de lítio de potência ternária". Se o eletrodo negativo for titanato de lítio, ele é normalmente chamado de "titanato de lítio" e não pertence ao "material ternário" comum.

As baterias ternárias de íons de lítio possuem alta densidade energética e melhor desempenho cíclico do que as baterias de lítio comuns. Atualmente, com melhorias contínuas na formulação e na estrutura, a tensão nominal dessas baterias atingiu 3,7 V e a capacidade atingiu ou superou o nível das baterias de lítio comuns.

Comparação entre bateria de lítio ternária e bateria de fosfato de ferro-lítio

Qual é mais segura, a bateria ternária de lítio ou a bateria de fosfato de ferro-lítio?

Alta temperatura:

Em termos de desempenho de segurança, as baterias de fosfato de ferro-lítio superam as baterias de lítio ternárias. O principal motivo reside em sua melhor resistência térmica, pois podem suportar temperaturas de até 800 graus. Em outras palavras, as baterias de fosfato de ferro-lítio normalmente não inflamam a menos que atinjam temperaturas acima de 800 graus.

Por outro lado, a bateria ternária de lítio é bem diferente, com sua temperatura de fuga térmica oscilando em torno de 200 graus. Observando incidentes de incêndio em veículos de nova energia, a maioria envolve baterias ternárias de lítio. Baterias tradicionais de fosfato de ferro-lítio, quando submetidas a testes de perfuração, exibem fumaça, mas não produzem chamas visíveis, e sua temperatura de superfície atinge entre 200°C e 400°C. Em contraste, as baterias ternárias de lítio aquecem até mais de 500 graus instantaneamente após serem perfuradas e então começam a queimar violentamente. Portanto, em regiões com altas temperaturas, o risco de incêndio em baterias ternárias de lítio é relativamente maior.

Baixa temperatura:

As baterias de lítio enfraquecem significativamente em baixas temperaturas. O limite de baixa temperatura para o fosfato de ferro-lítio é geralmente de -20°C, enquanto a bateria de lítio ternária pode suportar temperaturas tão baixas quanto -30°C. Entre 0 e -20°C, as baterias de lítio deterioram-se em cerca de 10%-30%, mas a deterioração da bateria de lítio ternária é geralmente 10% menor que a do fosfato de ferro-lítio. Atualmente, muitos fabricantes de automóveis e produtores de baterias estão desenvolvendo tecnologias avançadas de gerenciamento térmico para melhorar o desempenho das baterias de baixa temperatura.

Densidade de energia: Baterias ternárias de lítio têm maior densidade de energia

A densidade energética das baterias ternárias de lítio geralmente varia de 180 a 230 Wh/kg, e as baterias ternárias de lítio com alto teor de níquel podem facilmente atingir 250 Wh/kg. No entanto, o alto teor de níquel pode aumentar a instabilidade da bateria. As baterias de fosfato de ferro-lítio, por outro lado, têm uma densidade energética tipicamente entre 140 e 160 Wh/kg, podendo chegar a até 180 Wh/kg no máximo. As baterias blade, um tipo de bateria de fosfato de ferro-lítio, têm uma densidade energética de 140 Wh/kg na primeira geração e potencialmente 180 Wh/kg na segunda geração.

Para ser mais preciso, a densidade energética da bateria pode ser categorizada em densidade energética de peso e densidade energética de volume. A primeira é o que costumamos discutir, enquanto a segunda frequentemente recebe menos atenção, mas é igualmente importante. Por exemplo, por meio da inovação estrutural, as baterias blade aumentaram sua densidade energética de volume de 251 Wh/L para 320 Wh/L. Embora sua densidade energética de peso não seja alta, seu alcance é comparável ao da bateria de lítio ternária.

Vida útil: baterias de fosfato de ferro e lítio têm uma vida útil mais longa

Baterias de chumbo-ácido de longa duração têm um ciclo de vida de cerca de 300 vezes, chegando a até 500 vezes no máximo. Baterias de fosfato de ferro-lítio têm um ciclo de vida superior a 2.000 vezes. Baterias de chumbo-ácido com o mesmo peso tendem a seguir o padrão "novas por meio ano, usadas por meio ano, manutenção por mais meio ano", totalizando apenas cerca de 1 a 1,5 ano no máximo. Por outro lado, em condições semelhantes, a vida útil teórica das baterias de fosfato de ferro-lítio pode chegar a 7 a 8 anos.

As baterias de fosfato de ferro-lítio geralmente duram cerca de 8 anos. Se usadas em regiões do sul, sua vida útil pode até ultrapassar 8 anos. A vida útil teórica das baterias de fosfato de ferro-lítio também excede 2.000 ciclos de carga e descarga. Mesmo carregadas uma vez por dia, podem durar mais de cinco anos. Normalmente, para uso doméstico diário, com carregamento a cada três dias, podem durar aproximadamente oito anos. No entanto, como as baterias de fosfato de ferro-lítio têm um desempenho ruim em baixas temperaturas, sua vida útil é relativamente maior nas regiões do sul.

A vida útil das baterias de fosfato de ferro-lítio é de cerca de 5.000 ciclos. Cada bateria produzida tem sua própria contagem de ciclos de descarga (como mil vezes). Excedendo essa contagem, a bateria chegará ao fim de sua vida útil. A descarga completa pode afetar severamente o uso da bateria, portanto, evitar a descarga excessiva é crucial.

Baterias de lítio ternárias têm uma vida útil de cerca de 2.000 ciclos de carga e descarga, enquanto as de fosfato de ferro e lítio normalmente chegam a 3.000 ciclos, 1,5 vez a de uma bateria de lítio ternária. A vida útil da bateria não é medida em anos, mas em tempos de ciclo de carga e descarga. Por exemplo, após 2.000 ciclos, a degradação da bateria é inferior a 20%. Isso significa que, após 2.000 ciclos, a capacidade da bateria é equivalente a apenas 80% restantes e, se continuar sendo usada, continuará se degradando de forma constante.

Faixa de aplicação

Bateria de Lítio Ternária: Baterias de lítio ternárias, com sua alta densidade energética, características de segurança estáveis, excelentes características eletroquímicas, como suporte a descargas de alta taxa, e custo-benefício, são amplamente utilizadas em campos de baterias de lítio de pequena escala, como eletrônicos digitais de consumo, equipamentos industriais e instrumentos médicos. Elas também apresentam forte potencial de desenvolvimento em áreas de baterias de lítio de alta potência, como robôs inteligentes, veículos logísticos AGV, drones e veículos de novas energias.

Baterias de Fosfato de Ferro e Lítio: Em termos de uso, as baterias de fosfato de ferro e lítio são adequadas para cenários onde há muito espaço, as condições permitem baterias de grande volume, alto desempenho de segurança é necessário e longos períodos de operação ininterrupta são necessários. Atualmente, as baterias de fosfato de ferro e lítio são usadas em áreas como veículos de nova energia, armazenamento de energia, estações rádio-base 5G, veículos de duas rodas, caminhões pesados e navios elétricos.

Custo: Menor custo da bateria de fosfato de ferro e lítio

O material catódico das baterias de lítio representa 50% do custo total da bateria. O custo total das baterias de fosfato de ferro-lítio é 20% menor que o das baterias de lítio ternárias. Portanto, as baterias de fosfato de ferro-lítio apresentam uma certa vantagem em termos de custo.

Conclusão

As principais diferenças entre o fosfato de ferro-lítio e a bateria de lítio ternária estão no custo, no desempenho em baixas temperaturas, na resistência ao calor, na densidade de energia e na vida útil.

1. Custo: As baterias de fosfato de ferro-lítio não contêm metais caros como o cobalto, então o custo das matérias-primas é menor, enquanto o oposto é verdadeiro para a bateria de lítio ternária.
2. Desempenho em baixa temperatura: A temperatura máxima de trabalho para baterias de lítio ternárias é de -30 graus Celsius, enquanto para baterias de fosfato de ferro-lítio é de -20 graus Celsius. Além disso, sob as mesmas condições de baixa temperatura, a degradação das baterias de fosfato de ferro-lítio é mais severa.
3. Resistência ao calor: Como mencionado acima, a temperatura de fuga térmica do fosfato de ferro-lítio pode atingir 800 graus Celsius, enquanto a bateria de lítio ternária atinge apenas 200 graus Celsius, o que significa que as baterias de fosfato de ferro-lítio têm melhor desempenho em resistência ao calor.
4. Densidade de energia: Baterias ternárias de lítio têm maior densidade de energia, o que significa que podem reter mais elétrons sob o mesmo volume. Portanto, sob a mesma capacidade, o volume e o peso da bateria ternária de lítio serão menores.
5. Vida útil: O ciclo de carga e descarga das baterias de fosfato de ferro-lítio pode chegar a mais de 3.500 vezes, e algumas até 5.000 vezes, enquanto a vida útil da bateria de lítio ternária é de apenas cerca de 2.500 vezes. Portanto, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm uma vida útil mais longa.

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