Baterias LMFP, derivados de baterias de fosfato de ferro de lítio (LFP), estão ganhando força na China, projetadas para implantação em veículos elétricos de médio alcance (EVs).
As baterias LFPeconômicas detêm uma participação de 60% no mercado de baterias de veículos elétricos na China, e o impulso crescente na produção de baterias LMFPem grande escala indica seu potencial como sucessor.
Espera-se que as baterias LMFP encontrem um nicho nos EVs de gama média, diferindo do mainstreamLFPe baterias ternárias de íons de lítio (NMC), com um aumento esperado na participação de mercado.
Atualmente, dois tipos principais de baterias alimentam veículos elétricos (EVs) globais: baterias de fosfato de ferro de lítio (LFP), utilizando fosfato de ferro de lítio (LiFePO4) como material catódico, e baterias ternárias de íons de lítio (NMC), compostas principalmente por compostos de níquel, manganês e cobalto. Embora as baterias LFP sejam mais seguras e econômicas devido ao menor uso de elementos de terras raras, como o cobalto, sua desvantagem está na menor densidade de energia, limitando o alcance dos veículos elétricos. Por outro lado, as baterias NMC possuem maior densidade de energia, mas apresentam preocupações de segurança e são mais caras devido ao cobalto e outros elementos de terras raras.
Baterias LMFP, baseadas emfosfato de ferro de lítio manganês (LMFP), uma variação do LFP, aborda esse desafio de densidade de energia substituindo o manganês por uma porção do ferro. Essa substituição permite que as baterias LMFP mantenham níveis de custo e segurança semelhantes às baterias LFP, fornecendo aproximadamente 15% a 20% mais densidade de energia, posicionando-as como sucessoras promissoras das baterias LFP. Na China, com as baterias LFP comandando uma participação de mercado doméstico de 60%, os planos para a produção de baterias LMFP em larga escala estão avançando rapidamente. Este relatório aprofunda seus antecedentes, tendências atuais e perspectivas futuras.
O LMFP apresenta uma estrutura cristalina do tipo olivina altamente estável, semelhante à LFP, garantindo uma deformação mínima durante a carga e descarga, juntamente com níveis de segurança equivalentes. Em termos de estabilidade térmica e vida útil, o LMFP supera o NMC com uma estrutura de sal-gema em camadas, especialmente em capacidade teórica. Enquanto o LMFP compartilha uma capacidade teórica semelhante com o LFP, sua densidade de energia é aproximadamente 15% a 20% maior devido a uma tensão de trabalho cerca de 0,5 V mais alta do que LFP' s 3.2 V. Em termos de custo, a expectativa é que, com sua alta densidade energética e a ausência de cobalto ou outros metais raros, o custo por quilowatt-hora iguale ou seja menor do que o LFP após a produção em larga escala.
Apesar de desafios como baixa condutividade e dissolução de manganês durante ciclos de carga-descarga, avanços recentes em materiais catódicos em nanoescala e tecnologias de revestimento de carbono impulsionaram o LMFP' s vida útil além de 2.000 ciclos, sinalizando um caminho para aplicações práticas. Os principais dados de desempenho para baterias LFP, LMFP e NMC são ilustrados na Figura 1.
Os métodos de produção paraLMFP assemelham-se muito aos LFP, divididos em síntese em fase sólida e síntese em fase líquida. Embora a síntese de fase líquida, envolvendo a síntese de uma mistura de material a partir de uma solução, seja mais complexa do que a síntese de fase sólida, que envolve a moagem de sólidos em partículas menores, ela é mais adequada para produzir LMFP de alto desempenho, pois permite uma síntese de material mais uniforme.
As baterias LMFP não são uma tecnologia nova, com a BYD, China' s maior fabricante de veículos elétricos, anunciando o desenvolvimento de baterias LMFP como sucessores deBaterias LFPem 2014. No entanto, apesar de enfrentar desafios técnicos, a preferência por baterias de alta densidade energética na China' O programa de subsídios a veículos elétricos levou a um declínio na participação de mercado das baterias LFP, impactado por desvantagens sistêmicas, até 2020.
A mudança no programa de subsídios para corrigir esses vieses a partir de 2020, culminando na abolição completa em 2023, contribuiu para um ressurgimento na demanda por baterias econômicas. Consequentemente, as baterias LFP recuperaram uma participação significativa de 62,4% da China' s mercado de baterias para veículos elétricos em 2022 (ver Figura 2). De acordo com dados da IEA, as baterias LFP reivindicaram 30% do mercado global de baterias para veículos elétricos em 2022, marcando um recorde de uma década. Aproximadamente 30% das baterias na Tesla' Os veículos elétricos são baterias LFP, e a Ford planeja produzi-los nos EUA até 2026, mostrando sua crescente popularidade globalmente. Apesar da expansão constante da participação de mercado de baterias LFP, principalmente na China, sua desvantagem característica de baixa densidade de energia está melhorando gradualmente devido aos recentes avanços nas propriedades químicas.
Neste contexto, as baterias LMFP estão mais uma vez ganhando atenção, tendo feito progressos significativos na superação de desafios técnicos para aplicação prática.
Estar na vanguarda da implementação de baterias LMFP em uso real ajudará as empresas chinesas a manter uma vantagem competitiva, detendo 90% da produção global de baterias LFP desde 2022. Fabricantes de baterias e produtores de material catódico têm acelerado os esforços para a produção em larga escala desde 2022.
A Figura 3 exibe as métricas de desempenho das baterias LMFP desenvolvidas pelos principais fabricantes chineses de baterias para veículos elétricos. Em agosto de 2022, a empresa líder de baterias automotivas CALB anunciou uma bateria LMFP com uma densidade de energia de embalagem de 180 Wh/kg. Posteriormente, vários outros fabricantes de baterias revelaram protótipos. A autonomia esperada para os EVs equipados com essas baterias LMFP desenvolvidas por essas empresas fica entre 500 km e 1.000 km, indicando seu alvo para modelos de médio ou alto alcance. Em maio de 2023, a China' A quarta maior fabricante de baterias, a Guoneng High-Tech, anunciou uma bateria LMFP de 1.000 km de alcance, planejando que a produção em massa comece em 2024. No entanto, com exceção de algumas empresas, a maioria dos protótipos ainda está em desenvolvimento ou passando por testes de desempenho por fabricantes de veículos elétricos, e o tempo para a produção em larga escala permanece indeterminado.
Os fabricantes de material catódico de bateria estão se preparando rapidamente para a produção de material catódico LMFP em larga escala para antecipar a demanda futura. A Dynanonic, focada em nanotecnologia, planeja expandir sua produção anual atual de 110.000 toneladas para 440.000 toneladas até 2025. Em julho de 2022, a Ronbay Technology, uma grande fabricante de material catódico, anunciou planos para adquirir 68,25% da SKLD, uma startup com capacidade anual atual de 5.000 toneladas, com a intenção de expandi-la para 300.000 toneladas até 2025. Um do mundo' A maior fabricante de baterias, a CATL, também adquiriu 100% do capital da Lithitech, uma startup com capacidade anual de 2.000 toneladas, planejando aumentá-la para 3.000 toneladas.
Como mostrado na Figura 4, as capacidades totais de vários fabricantes de materiais catódicos, tanto operacionais quanto planejadas, atingem várias centenas de milhares de toneladas por ano. No entanto, atualmente, mesmo as fábricas operacionais se concentram principalmente na produção em pequena escala, como a produção de produtos de amostra. Além disso, com exceção de algumas empresas como a Dynanonic, espera-se que a maioria das empresas aproveite os métodos de síntese em fase sólida desenvolvidos duranteLFP produção de material catódico, necessitando de uma avaliação do desempenho do produto de produção em larga escala.
Conforme ilustrado na Figura 5 à esquerda,Baterias LMFPposicionam-se entre as baterias LFP e NMC em termos de densidade de energia e preço. Durante a fase inicial de implantação em veículos elétricos, espera-se que eles encontrem aplicações comuns como substitutos para baterias LFP e em combinação com materiais catódicos NMC. A médio e longo prazo, à medida que a tecnologia amadurece, espera-se que o LMFP sirva cada vez mais como o único material catódico para EVs de gama média, distinguindo-se das atuais baterias LFP e NMC convencionais. De acordo com um relatório da China' s Gaogong Industry Institute, se as baterias LMFP alcançarem a comercialização formal antes de 2030, sua taxa de crescimento anual composta deve exceder 30% entre 2025 e 2030. A comercialização de baterias LMFP pode melhorar a China' s competitividade no mercado global de baterias, fornecendo uma alternativa de maior densidade de energia para as baterias LFP atualmente dominantes.
No entanto, existem algumas incertezas técnicas e de mercado para as baterias LMFP. Em primeiro lugar, apesar de demonstrar alta vida útil em ambientes de laboratório, a validação do mundo real em faixas de temperatura e condições de uso mais amplas é necessária. Em segundo lugar, embora a participação de mercado de baterias LFP tenha se recuperado na China, globalmente, as baterias NMC ainda dominam, representando um desafio para as baterias LMFP competirem em todo o mundo. Por fim, mesmo que as baterias LMFP alcancem a comercialização, sua participação real no mercado global será influenciada por fatores como a cadeia de suprimentos e a demanda do mercado, introduzindo um grau de incerteza em suas perspectivas futuras.
Sanxin Novos Materiais Co., Ltd. é especializada na produção debolas de moagem cerâmica, nanopartículas e nanopós, juntamente com a fabricação de cerâmicas resistentes ao desgaste e cerâmicas resistentes à abrasão.No âmbito da produção de baterias de lítio manganês fosfato de ferro (LMFP), o uso de esferas de zircônia para moagem prova ser um processo crítico. As esferas de zircônia, conhecidas por sua excepcional dureza e resistência ao desgaste, desempenham um papel fundamental na fresagem e refino de materiais LMFP.As esferas de zircônia encontram ampla aplicação na produção de baterias LMFP, contribuindo para o refinamento dos materiais catódicos. O processo de moagem garante a distribuição granulométrica desejada, otimizando o desempenho e a densidade de energia das baterias LMFP.
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