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Índice
- O ressurgimento das baterias de fosfato de ferro e lítio: um retorno como o de uma fênix
- 1. História das baterias de fosfato de ferro e lítio
- 2. Comercial de baterias de fosfato de ferro e lítio
- 3. Abrindo um novo mundo de baterias de fosfato de ferro e lítio
- 4. Conclusão
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- Guia completo para escolher o melhor carregador de bateria para aventuras marítimas
- Cliente sueco: 380 baterias de lítio de 24 V e 40 Ah para semáforo, prontas para envio.
- Qual bateria de ciclo profundo para uso em cadeira de rodas é melhor em 2025? (lista de verificação do fornecedor)
O ressurgimento das baterias de fosfato de ferro e lítio: um retorno como o de uma fênix
Bateria de fosfato de ferro-lítio refere-se a uma bateria de íons de lítio que usa fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) como material do cátodo.
Ele também tem um nome mais longo, chamado fosfato de ferro e lítio bateria de íons de lítio, que vem do seu processo de carga e descarga.
Quando a bateria de fosfato de ferro-lítio é carregada, os íons de lítio no cátodo migram para o ânodo de grafite através do separador de polímero; durante a descarga, os íons de lítio migram do ânodo através do separador de volta para o cátodo.
Devido ao desempenho das baterias de fosfato de ferro-lítio serem particularmente adequadas para aplicações de energia e serem reconhecidas internacionalmente como baterias ecológicas, não tóxicas e livres de poluição, elas são amplamente favorecidas e se destacam no campo de baterias de íons de lítio de energia.
Com a política de carbono duplo sendo elevada a um nível estratégico, as baterias de fosfato de ferro-lítio também testemunharam alto crescimento no setor de armazenamento de energia.
Em 2021, a remessa global de armazenamento de energia baterias de lítio foi de 70 GWh, um aumento de 1591 TP3T, com a rota de fosfato de ferro-lítio respondendo por mais de 501 TP3T. Em 2021, o embarque de baterias de lítio para armazenamento de energia na China foi de 48 GWh, com a rota de fosfato de ferro-lítio respondendo por cerca de 98,51 TP3T.
1. História das baterias de fosfato de ferro e lítio
Desempenho, segurança e custo formam o "triângulo impossível" da indústria de baterias de alta potência. É difícil alcançar desempenho superior de bateria, alta segurança e baixo custo ao mesmo tempo.
Essa “relação triangular” permeia o desenvolvimento das baterias de lítio e também torna o caminho das baterias de fosfato de ferro-lítio um tanto acidentado.
As baterias de lítio são divididas principalmente em cobaltato de lítio (LCO), manganato de lítio (LMO), fosfato de ferro e lítio (LFP), materiais ternários óxido de lítio, níquel, cobalto e manganês (NCM) e aluminato de lítio, níquel, cobalto (NCA) com base nos diferentes materiais do cátodo.
Entre elas, as baterias de lítio-cobaltato e lítio-manganato são, respectivamente, restritas por custo e desempenho, enquanto as baterias ternárias de lítio-níquel-cobalto-manganês combinam materiais de lítio-cobaltato, lítio-níquel-manganato e lítio-manganato, contando com maior densidade de energia e maior alcance de cruzeiro para se destacar e se tornar o representante da "facção de desempenho".
Em contraste, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm densidade de energia relativamente menor e menor resistência a baixas temperaturas, mas têm as vantagens de baixo custo, alta segurança e maior vida útil do ciclo, tornando-se o representante da “facção custo-desempenho”.
1.1 Progresso das baterias de fosfato de ferro e lítio de 10 anos da China
Desde 2009, o país adotou políticas de subsídios para promover o desenvolvimento de toda a indústria, e o embarque de baterias de fosfato de ferro-lítio e baterias ternárias aumentou significativamente.
A partir de 2016, com o desenvolvimento de veículos de nova energia na China entrando em uma fase estratégica, a exigência de densidade energética do sistema de baterias nos padrões de avaliação de subsídios para veículos de nova energia continuou a aumentar, com alta densidade energética e longo alcance sendo o foco dos subsídios. Isso levou o mercado a adotar baterias ternárias com desempenho inerentemente melhor.
Em junho de 2019, a proporção de instalações de baterias ternárias na China atingiu mais de 70% do total de instalações, ocupando uma vantagem absoluta, enquanto as baterias de fosfato de ferro-lítio tiveram uma participação de apenas 27%.
No entanto, os bons tempos para as baterias ternárias não duraram muito. Em agosto de 2022, a proporção de instalações de baterias de fosfato de ferro-lítio na China atingiu 621 TP3T do total de instalações, enquanto a participação das baterias ternárias caiu para 381 TP3T.
1.2 Análise de Mercado de Baterias de Fosfato de Ferro e Lítio
- Declínio dos subsídios políticos: Após 2019, os subsídios locais foram cancelados no setor de automóveis de passageiros, com um declínio geral de cerca de 60%-67%, e um plano de saída completa até o final de 2022.
- Otimização do desempenho do lado da oferta: A otimização de grandes esquemas de projeto de células de bateria e estruturas de sistemas aumentou efetivamente a densidade energética das baterias de fosfato de ferro-lítio. Veículos de nova energia equipados com baterias de fosfato de ferro-lítio podem atingir uma autonomia de mais de 500 km, o que pode basicamente atender às necessidades de deslocamento urbano e viagens de curta distância.
- Foco do lado da demanda na segurança: quando o alcance é garantido, o foco dos clientes muda gradualmente da melhoria extrema do desempenho para maior segurança, e a vantagem marginal das baterias ternárias em comparação às baterias de fosfato de ferro-lítio é bastante enfraquecida.
Atualmente, no campo da energia, a competição entre baterias ternárias e baterias de fosfato de ferro-lítio é clara: as baterias ternárias têm voz ativa no mercado de carros de alto desempenho e longo alcance, enquanto as baterias de fosfato de ferro-lítio ganharam espaço no mercado de carros de médio a baixo custo e continuam a crescer com a otimização da estrutura do sistema.
2. Comercial de baterias de fosfato de ferro e lítio
O tabuleiro de xadrez de baterias de fosfato de ferro-lítio abrange desde recursos minerais até separadores e eletrólitos, e depois até a fabricação de baterias, tudo conectado.
Em termos de custos de produção, a maior proporção de matérias-primas em baterias de fosfato de ferro-lítio são materiais catódicos (26%), seguidos por materiais anódicos (14%), separadores (11%), eletrólitos (10%) e, finalmente, folha de cobre (6%).
No entanto, ao analisar a intensidade de investimento por GW, a intensidade de investimento em materiais catódicos e folhas de cobre é a maior, 90 milhões e 55 milhões, respectivamente, indicando que esses dois links são operações com muitos ativos, e a expansão da capacidade exige um investimento de capital significativo.
Os participantes do mercado de materiais catódicos de fosfato de ferro e lítio são, em sua maioria, empresas químicas de grande porte com reservas em minas de lítio, minas de fosfato, etc. A concentração da indústria é alta, mas tem apresentado uma tendência de queda nos últimos anos; as barreiras na indústria de folhas de cobre residem principalmente na formulação de folhas aditivas e na depuração de equipamentos, e a estrutura atual da indústria é relativamente dispersa.
Em comparação, separadores, eletrólitos e materiais de ânodo são melhores elos, com menor intensidade de investimento, melhor concentração da indústria e maior poder de precificação.
Os materiais do cátodo são fatores decisivos para o desempenho químico das baterias de lítio, como densidade de energia e segurança.
No custo de preparação de materiais catódicos de fosfato de ferro e lítio, a proporção de fontes de lítio é de 59,41 TP3T, e as fontes de ferro e fósforo combinadas respondem por quase 701 TP3T do custo da matéria-prima. A direção futura da redução de custos concentra-se na redução da perda de matéria-prima e na busca por fontes minerais alternativas de baixo custo.
O processo de preparação de fosfato de ferro-lítio inclui principalmente métodos de fase sólida e fase líquida. O método de fase sólida é simples e adequado para produção em larga escala, enquanto o método de fase líquida produz produtos de fosfato de ferro-lítio com melhor consistência e desempenho de ciclagem, representados pelo DFNano.
A estrutura de mercado de materiais catódicos de fosfato de ferro-lítio é estável, apresentando uma forte concorrência. As duas gigantes, Hunan Yueneng e DFNano, detêm quase metade da participação de mercado, com um CR2 de 45.21% em 2021.
Observando toda a indústria de materiais catódicos, o rápido crescimento na demanda por baterias de fosfato de ferro-lítio também levou os materiais catódicos de fosfato de ferro-lítio a se tornarem o principal mercado.
De acordo com os dados, a produção total de materiais catódicos nacionais atingiu 720.200 toneladas no primeiro semestre de 2022, um aumento anual de 54,61 TP3T. Entre eles, a produção acumulada de materiais de fosfato de ferro-lítio foi de 384.700 toneladas, um aumento anual de 119,11 TP3T, representando 531 TP3T; a produção acumulada de materiais catódicos ternários foi de 263.800 toneladas, um aumento anual de 45,91 TP3T, representando 371 TP3T.
Ao mesmo tempo, os volumes de embarques de fosfato de ferro-lítio e materiais de cátodo ternário na China atingiram 411.000 toneladas e 280.000 toneladas no primeiro semestre de 2022, com aumentos anuais de 1.361 TP3T e 481 TP3T, respectivamente. A superdobrada dos volumes de embarques também colocou Hunan Yueneng e DFNano em primeiro e segundo lugares em toda a indústria de materiais catódicos em 2021.
Como diz o ditado, "A maré alta levanta todos os barcos". A estreita relação entre o aumento dos preços e volumes de matérias-primas a montante e a fabricação de baterias a jusante, e o desenvolvimento de aplicações finais a jusante, é evidente. Depois de virar o jogo no campo das baterias de energia, as baterias de fosfato de ferro-lítio encontraram um novo mundo.
3. Abrindo um novo mundo de baterias de fosfato de ferro e lítio
Com a neutralidade de carbono e a construção 5G como pano de fundo, a lacuna de demanda no setor de armazenamento de energia está aumentando. O armazenamento de energia de lítio é atualmente a tecnologia de crescimento mais rápido no novo setor de armazenamento de energia da China.
Características econômicas e de segurança são fatores importantes para baterias de armazenamento de energia.
Os sistemas de energia eólica e solar têm altos custos e variabilidade ambiental, exigindo baterias de armazenamento de energia com uso duradouro, desempenho estável, forte adaptabilidade ambiental e baixo custo.
3.1 Características das baterias de fosfato de ferro e lítio
As baterias de fosfato de ferro-lítio têm vida útil mais longa do que as baterias de chumbo-ácido e ternárias, com mais de 2.000 ciclos e 3 a 4 vezes a capacidade das baterias de chumbo-ácido.
Além disso, as baterias de fosfato de ferro-lítio mantêm estruturas estáveis em altas temperaturas devido à sua estrutura olivina, oferecendo segurança e estabilidade superiores. Possuem uma ampla faixa de temperatura de trabalho.
Além disso, as baterias de fosfato de ferro-lítio não apresentam efeito memória, podem ser carregadas conforme necessário e não requerem descarga completa antes do carregamento. São livres de metais pesados tóxicos, ecologicamente corretas e têm custos mais baixos com matéria-prima e manutenção.
Na construção, o armazenamento de energia de lítio tem configuração de capacidade flexível, menos restrições de local e períodos de construção mais curtos, fornecendo serviços de regulação rápida para sistemas de energia.
Estatísticas mostram que, nos três primeiros trimestres de 2022, a capacidade recém-instalada de projetos de armazenamento de energia da China atingiu 963,7 GW, um aumento anual de 120%, com o armazenamento de fosfato de ferro-lítio respondendo pela maioria.
Fontes internas afirmaram que, atualmente, o suprimento de materiais upstream para células de bateria de fosfato de ferro-lítio está limitado. O volume diário de embarques da linha de produção de sistemas de armazenamento de energia ultrapassa 10 GWh, com uma demanda diária de mais de 13.000 células de bateria.
Após a montagem e os testes, a maioria dos novos dispositivos de armazenamento de energia de fosfato de ferro-lítio serão enviados para bases de energia eólica e solar como instalações de armazenamento de suporte, melhorando a eficiência e a estabilidade das usinas de energia.
Nas comunicações, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação confirmou o papel de liderança das baterias de fosfato de ferro-lítio em aplicações de armazenamento de energia de estações base 5G em agosto de 2020. Muitos projetos domésticos de armazenamento de energia do lado da energia também usam baterias de fosfato de ferro-lítio.
Em 2021, 650.000 novas estações base 5G foram construídas na China. Com um consumo de energia de 3.500 W por estação base e uma duração de emergência necessária de 4 horas, cada estação necessita de 14 kWh de energia de reserva. O mercado de armazenamento de energia para estações base 5G em 2021 poderá fornecer um espaço de demanda de 9,1 GWh para baterias de fosfato de ferro-lítio.
3.2 Necessidades de armazenamento de energia da China
A demanda doméstica por armazenamento de energia concentra-se principalmente em armazenamento de energia e comunicação, enquanto a demanda internacional provém do armazenamento doméstico. Os motivos incluem:
- Altos preços de energia: os países europeus têm visto aumento nos preços de energia, e os altos preços de eletricidade no varejo, com subsídios políticos, estão estimulando o desenvolvimento do mercado local de armazenamento doméstico.
- Alta participação em atividades ao ar livre: Os EUA têm o maior mercado de demanda por atividades ao ar livre, com acampamentos, caravanas, computadores, iluminação e fotografia aumentando a necessidade de dispositivos portáteis de armazenamento de energia doméstica.
- Preparação para emergências e desastres: produtos portáteis de armazenamento de energia são populares no Japão e foram certificados como suprimentos de segurança para prevenção de desastres pela Associação Japonesa de Prevenção de Desastres em 2020, substituindo gradualmente os motores de combustível tradicionais.
3.2 Necessidades Internacionais de Armazenamento de Energia
O crescimento do mercado internacional de armazenamento de energia oferece oportunidades para empresas nacionais de baterias de lítio.
Dados alfandegários mostram que, nos primeiros nove meses do ano, as exportações acumuladas de baterias de íons de lítio da China atingiram $34,911 bilhões, um aumento anual de 83,3%, superando o valor total de exportação de baterias de lítio em 2021.
O mercado internacional de armazenamento de energia tornou-se o maior gerador de receita para empresas nacionais de baterias de armazenamento de energia. Empresas nacionais de baterias de armazenamento de energia de primeira linha, representadas pela CATL e pela BYD, conquistaram renome entre integradores e proprietários de sistemas no exterior.
O armazenamento de energia como um jogo independente está se tornando cada vez maior e
Baterias de fosfato de ferro-lítio podem ser a chave para virar o jogo.
4. Conclusão
Forças internas, políticas externas e objetivos macro determinam se um material ou tecnologia pode passar do laboratório para o mercado e, finalmente, ter sucesso.
De baterias de energia ao armazenamento de energia, as baterias de fosfato de ferro-lítio superaram com sucesso os obstáculos de comercialização com suas excelentes propriedades, cadeias industriais maduras e vasto potencial de mercado, tornando-se a principal força na indústria de baterias de lítio.
No entanto, as baterias de fosfato de ferro-lítio não são perfeitas, e suas limitações de desempenho levam o mercado a buscar e pesquisar continuamente novos materiais atualizados, como o fosfato de ferro-lítio-manganês.
A tecnologia continua avançando e o mercado está em constante mudança. O forte impulso de desenvolvimento nas áreas de energia e armazenamento de energia impulsionará as baterias de fosfato de ferro-lítio para um cenário mais amplo.
