Jefe científico de BYD: Las baterías de litio fosfato de hierro LiFePO4 no desaparecerán en 20 años

NoticiasLiFePO4 Proceso y tecnología de producción de baterías de litio hierro fosfato

8 de octubre de 2024

"Fosfato de litio y hierro (LFP) pilas puede que no desaparezca en los próximos 20 años", afirma Lian Yubo, científico jefe de BYD. Este punto de vista se comparte con el telón de fondo de la tecnología de estado sólido. pilas ya a punto de comercializarse. ¿Tiene sentido? ¿O acabará desapareciendo la tecnología del litio hierro fosfato?

En este vídeo profundizaremos en este tema. En primer lugar, es importante saber que en el mercado chino, LFP es actualmente el actor dominante, y su volumen de instalación ha superado al del litio ternario durante tres años consecutivos. Según estadísticas fidedignas, de enero a julio de 2024, el volumen de instalación de litio ternario en el sector de los vehículos eléctricos representó 30%, mientras que LFP de 70%. Esto indica que el LFP es actualmente la opción mayoritaria para las baterías de potencia, principalmente por sus notables ventajas en seguridad, vida útil y costes de adquisición en comparación con el litio ternario.

La razón del predominio de la LFP se debe en gran medida a su composición y estructura cristalinas. La LFP pertenece químicamente a la estructura del olivino, y los fuertes enlaces químicos tridimensionales formados por el grupo fosfato le confieren una excelente estabilidad termodinámica y cinética. Desde que se dio a conocer por primera vez en 1997, el LFP como material catódico se ha estructurado para conseguir estabilidad, premisa fundamental para su comercialización. Esto garantiza que la batería no se colapse estructuralmente con facilidad durante su funcionamiento a medida que los iones de litio se intercalan y desintercalan. Además, la abundancia y el bajo coste de los elementos fósforo y hierro confieren al LFP una gran ventaja en cuanto a costes.

Su ventaja más conocida es su elevado perfil de seguridad. Los estudios sobre el comportamiento de fuga térmica de los dos tipos de baterías en condiciones de calentamiento muestran que la LFP sólo libera una gran cantidad de humo sin combustión, con una temperatura máxima que supera los 500 grados Celsius. En cambio, el litio ternario no sólo desprende humo, sino que también arde violentamente, alcanzando la temperatura más alta más de 1.000 grados Celsius. Desde una perspectiva térmica, la liberación de calor del LFP es de 0,162 megajulios, y la tasa es de 1,81 kilovatios, mientras que el litio ternario libera 3,147 megajulios, con una tasa de 134,85 kilovatios. Estos datos indican una diferencia significativa en el rendimiento de los dos tipos de baterías en condiciones de embalamiento térmico.

Especialmente desde la perspectiva de la tasa, el peligro del litio ternario es muy alto. Esto significa que, en caso de desbocamiento térmico, el LFP proporciona más tiempo suficiente para escapar y manejarlo, mientras que el litio ternario pierde el control en un instante. Por lo tanto, el volumen de instalación de LFP está muy por delante porque su mayor seguridad inherente puede reducir la dificultad y el coste de la gestión térmica a nivel de sistema.

Para muchos modelos de gama media-baja, el LFP es la mejor opción. Sin embargo, para muchos modelos de gama media-alta, el litio ternario es actualmente una opción inevitable. Desde el punto de vista de la densidad energética, el LFP no es tan bueno como el litio ternario en términos de densidad de masa y densidad volumétrica. En términos de masa, el LFP ofrece entre 140 y 180 vatios-hora por kilogramo, mientras que el litio ternario ofrece entre 200 y 260 vatios-hora por kilogramo.

Desde una perspectiva volumétrica, el LFP ronda los 300 a 400 vatios-hora por litro, mientras que el litio ternario ronda los 500 a 700 vatios-hora por litro. Por supuesto, algunos productos de gama alta ya han superado el rango de referencia, pero en general, la brecha energética entre ambos es muy evidente, sobre todo la diferencia de densidad energética volumétrica. La diferencia de masa no es especialmente drástica, y las tecnologías convencionales como CTP, CTC y CTB pueden compensarla a nivel de pack o de vehículo, pero el volumen es más difícil debido al espacio limitado del compartimento de la batería.

Dado que el LFP no presenta ventajas en cuanto a masa o volumen, algunos modelos de gama alta para experiencias de larga duración no suelen optar por el LFP. La cuestión clave aquí es si la LFP puede alcanzar el nivel actual del litio ternario. Si nos fijamos en la célula individual, no debería poder seguir el ritmo del litio ternario, pero sin duda puede alcanzar el nivel actual del litio ternario.

Para este tipo de baterías de litio, suele haber tres vías para aumentar la densidad de energía, especialmente la volumétrica: la tensión de trabajo, la densidad de empaquetamiento y la capacidad específica de la masa. Vamos a explicar cada una de ellas. La tensión de trabajo implica el mecanismo de reacción del LFP, que difiere significativamente del litio ternario en que el cátodo del LFP tiene principalmente dos fases estables durante la carga y la descarga: la fase Fe2+ y la fase Fe3+. Esto significa que el proceso de carga y descarga es esencialmente un proceso de migración bifásica, en el que una fase cambia a otra. El resultado es una plataforma de tensión estable de unos 3,4 V para la LFP, que se mantiene durante mucho tiempo.

El litio ternario, en cambio, presenta una transición monofásica durante la carga y la descarga, con iones de litio intercalándose y desintercalándose continuamente sin una interfaz de fase clara. Esto da lugar a una curva de tensión más pronunciada para el litio ternario, sin una plataforma de tensión clara, que cambia a medida que varía la concentración de iones de litio. Por ello, la determinación de la carga de la batería en el litio ternario es más precisa, mientras que el LFP requiere una calibración periódica, ya que la carga de la batería se determina detectando los niveles de tensión.

En realidad, la tensión de trabajo de la LFP la proporciona la reacción redox de los iones de hierro a 3,4 voltios. Los elementos fósforo y oxígeno sólo desempeñan un papel en la estabilidad estructural y la transmisión del canal. Debido al mecanismo de reacción, la plataforma de voltaje de LFP es difícil de aumentar, ya que está determinada por la estructura cristalina, y el margen de cambio es muy pequeño. Por lo tanto, aumentar el voltaje de trabajo es un camino difícil.

Otra vía consiste en aumentar la densidad de empaquetamiento, haciendo que el material del cátodo del LFP sea más compacto. La densidad teórica del LFP es de 3,6 gramos por centímetro cúbico, mientras que el LFP comercial actual tiene una densidad de empaquetamiento de unos 2,4 a 2,5 gramos por centímetro cúbico. Esto indica que aún hay mucho margen de mejora. En términos de densidad de empaquetado, las mejoras de la industria proceden principalmente de tres aspectos: la mejora de las materias primas y las rutas de proceso, la mejora del proceso de sinterización y la distribución del tamaño de las partículas.

La última dirección para aumentar la densidad energética es la capacidad específica de masa, que es la cantidad de carga por unidad de masa de material catódico que puede almacenarse o liberarse. Según la fórmula química del LFP, un mol de LFP sólo puede intercalar un mol de iones de litio, lo que corresponde a una capacidad específica de masa teórica de 170 miliamperios-hora por gramo. En realidad, la capacidad de las baterías comerciales de LFP es sólo de unos 130, y puede ser inferior si se utilizan a altas velocidades. Este problema de capacidad es una limitación importante de la densidad energética de las LFP.

El mecanismo electroquímico subyacente es el rendimiento cinético del material del cátodo, es decir, la conductividad de electrones e iones de litio. Si la conductividad es muy baja, el material del cátodo no se puede utilizar completamente, lo que significa que su eficiencia de utilización es baja. La clave es mejorar el rendimiento cinético para acercarse lo más posible al valor teórico. Es importante señalar que el LFP es un semiconductor, y su conductividad electrónica no es intrínsecamente ventajosa. El canal de transporte de iones de litio es también un canal intersticial con un bajo coeficiente de difusión.

Así, a pesar de su excelente estabilidad estructural, la conductividad es un inconveniente importante. Desde la perspectiva de la industria, la mejora de la conductividad electrónica se consigue principalmente mediante la nanocristalización, el recubrimiento de carbono y el dopaje. Actualmente, la mayoría de las baterías LFP comerciales contienen partículas LFP a nanoescala con recubrimientos de carbono, formando una red conductora para mejorar la conductividad. Sin embargo, la densidad de la capa de recubrimiento de carbono es baja, por lo que esta medida es mutuamente excluyente con la densidad de empaquetamiento, lo que requiere mejoras integrales en la formulación y los procesos de las fuentes de carbono.

En cuanto a la cuestión de las velocidades de difusión de los iones de litio, se utilizan los mismos métodos porque durante la carga y la descarga, la difusión de los iones de litio y la conducción de electrones están acopladas. Por ejemplo, durante la descarga, un ion de litio procede del ánodo, y un electrón también llega simultáneamente a través del circuito externo. Por lo tanto, la mejora de la velocidad de difusión de los iones de litio también se aborda mediante la nanocristalización, el recubrimiento de carbono y el dopaje. Según documentos profesionales, el manganeso es un elemento de dopaje prometedor. De hecho, el propio fosfato de hierro y manganeso de litio es un material catódico, y la plataforma de tensión provocada por la oxidación de los iones de manganeso alcanza los 4,1 voltios, lo que puede aumentar considerablemente la densidad energética sin incrementar significativamente los costes.

Sin embargo, debido a la conductividad electrónica aún más baja del fosfato de litio, manganeso y hierro, los procesos de modificación existentes no pueden compensar esta desventaja, por lo que actualmente hay poco de este material para cátodos en el mercado. Dado que los iones de manganeso son químicamente similares a los de hierro, pueden existir uniformemente en la estructura cristalina en cualquier proporción, lo que permite mejorar el dopaje. Además, como el radio de los iones de manganeso es ligeramente mayor, la sustitución parcial del hierro por manganeso puede ampliar el cristal para potenciar el efecto de difusión de los iones de litio.

Se dice que los fabricantes nacionales ya han iniciado la investigación y el desarrollo de materiales de fosfato de litio, manganeso y hierro. Además de lo anterior, también se está optimizando continuamente el proceso de síntesis de todo el material del cátodo de LFP. Si se controlan al máximo los defectos internos, el tamaño de las partículas y las vías de transmisión, se puede mejorar en cierta medida la densidad energética.

Puede afirmarse que la evolución tecnológica del LFP sigue su curso, y su densidad energética seguirá mejorando en el futuro. Teniendo en cuenta que el LFP también mantiene una excelente estabilidad térmica, un ciclo de vida largo y unos costes de materia prima relativamente baratos, sus perspectivas de futuro son bastante amplias.

SPIDERWAY LFP Fosfato de litio y hierro Batería: Impulsar vehículos industriales con precisión y rendimiento

En el ámbito de las soluciones energéticas para vehículos industriales, SPIDERWAY Las baterías de litio hierro fosfato (LFP) se han hecho un hueco en el mercado, ofreciendo una combinación de alto rendimiento, seguridad y fiabilidad. Estas baterías están diseñadas específicamente para satisfacer las rigurosas exigencias de las aplicaciones industriales, donde el rendimiento y la durabilidad son primordiales.

Aplicaciones en vehículos industriales

Las baterías SPIDERWAY LFP se utilizan ampliamente en una amplia gama de vehículos industriales. Son el corazón de carretillas elevadoras, carritos de golf, plataformas de trabajo aéreas, etc., y proporcionan la potencia constante que estos vehículos necesitan para realizar sus funciones de forma eficiente.

Ventajas del producto y de la marca

Las ventajas de las baterías SPIDERWAY LFP son múltiples:

Alto rendimiento: Estas baterías ofrecen una potencia y eficiencia excepcionales, garantizando que los vehículos industriales puedan rendir al máximo sin concesiones.
Carga rápida: Al minimizar el tiempo de inactividad, estas baterías permiten una carga rápida, lo que maximiza la productividad al mantener las máquinas en funcionamiento durante más tiempo.
Seguridad y estabilidad: Equipadas con avanzados Sistemas de Gestión de Baterías (BMS), las baterías SPIDERWAY garantizan un funcionamiento seguro durante todo el proceso de carga, reduciendo el riesgo de accidentes.
Longevidad: Con una notable vida útil, estas baterías cuentan con una garantía de 10 años, ofreciendo valor y fiabilidad a largo plazo.
Ecológico: Las baterías SPIDERWAY LFP están fabricadas con materiales no tóxicos y sin metales pesados, en línea con el creciente énfasis mundial en la sostenibilidad.

Línea de producción automatizada y economías de escala

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SPIDERWAY ha establecido una línea de producción automatizada de última generación, que permite una fabricación de precisión y una producción eficiente. Esto no sólo garantiza unos estándares de alta calidad en todos los productos, sino que también aprovecha las economías de escala para ofrecer precios competitivos. La producción anual de la empresa supera las 10.000 baterías de litio, con lo que satisface eficazmente la creciente demanda del mercado.

Competitividad de precios

Al dominar el proceso de producción y mantener una sólida cadena de suministro, SPIDERWAY puede suministrar sus baterías LFP de alta calidad a precios competitivos. Esta competitividad de precios se sustenta en el compromiso de la empresa con la gestión de costes, lo que garantiza que la calidad nunca se vea comprometida y que los clientes disfruten de las ventajas de unos costes de producción optimizados.

Grado Premium Batería LFP Células de los principales proveedores

Para subrayar su compromiso con la calidad, SPIDERWAY adquiere las celdas de sus baterías LFP exclusivamente a cuatro proveedores de primer nivel: BYD, CATL, EVE Energy y LISEHN. Estos proveedores son conocidos por sus celdas LFP de calidad A, cuyo rendimiento y fiabilidad han sido comprobados. Esto garantiza que las baterías SPIDERWAY cumplen los estrictos requisitos de diversas aplicaciones industriales, proporcionando una potente garantía para los usuarios.

Las baterías SPIDERWAY LFP son un testimonio de la dedicación de la empresa a la innovación, la calidad y la satisfacción del cliente. A medida que el mundo avanza hacia soluciones energéticas más sostenibles y eficientes, SPIDERWAY se sitúa a la vanguardia, ofreciendo a los vehículos industriales la energía que necesitan para rendir al máximo.

Perfil del autor

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Ingeniero de ventas de baterías LiFePO4 de SpiderWay con diez años de experiencia en baterías para vehículos industriales, listo para responder a cualquier pregunta que pueda tener sobre los productos de baterías LiFePO4 industriales.