En el Foro de Materiales de Baterías de la CLNB 2025 (10ª) Exposición de la Cadena Industrial de Nueva Energía, organizada por SMM Information & Technology Co., Ltd., Guorong Hu, científico jefe de Sichuan Development Longmang Co., Ltd. y profesor de Central South University, compartió sus conocimientos sobre el tema "Progreso técnico y oportunidades de los materiales LFP".
Señaló que el material del cátodo es el material clave para las baterías de ion litio, ya que determina su rendimiento y costo; el LFP se ha convertido en la corriente principal del mercado debido a sus ventajas en costo y seguridad, con una cuota de mercado superior al 70 %. Debido a los avances en la tecnología de fabricación de baterías de litio y la tecnología de fabricación de automóviles, la aplicación de baterías LFP tipo cuchilla, CTP, CTC, CTB y la introducción de LFP de alta densidad de compactación, la densidad energética del LFP ha aumentado significativamente.
Como resultado, las baterías LFP han comenzado a utilizarse ampliamente en el mercado de vehículos eléctricos de pasajeros y el mercado de sistemas de almacenamiento de energía (ESS); las rutas de tecnología de producción para LFP y fosfato de hierro coexisten de manera diversificada. En el futuro, el desarrollo del LFP requerirá avances tecnológicos en materias primas, procesos de producción y equipos de producción clave para reducir significativamente los costos de producción y mejorar el rendimiento del producto. El LFP de alta densidad de compactación, el LFP de alta tasa C y el LFP de bajo costo representan oportunidades de desarrollo futuro.
1. Mercado de aplicación de baterías de ion litio y materiales de cátodo
1.1 Gran potencial para la electrificación
La electrificación del transporte y el almacenamiento de energía renovable a gran escala tienen un enorme potencial. Ventas de vehículos de nueva energía en China: 3,52 millones de unidades en 2021 (tasa de penetración del 13 %); 9,8 millones de unidades en 2023 (tasa de penetración del 31 %); agosto de 2024 (tasa de penetración superior al 50 %): ventas: aproximadamente 12 millones de unidades (datos de CAAM), un aumento interanual del 25 %-30 %.
1.2 Las baterías LFP siguen siendo la ruta principal
Las estadísticas muestran que, hasta agosto de 2024, la cuota de instalación de LFP alcanzó el 74,2 %, estableciendo un nuevo récord de cuota de instalación.
Las baterías ternarias y las baterías LFP, como dos rutas técnicas para los vehículos eléctricos, divergen cada vez más, con la cuota de mercado de las baterías LFP aumentando mientras que la de las baterías ternarias disminuye.
1.3 Mercado de ESS
A finales de 2023, la capacidad instalada acumulada de proyectos de ESS de nueva generación en todo el país alcanzó los 31,39 GW/66,87 GWh. En 2023, la capacidad instalada nueva fue de 22,6 GW/48,7 GWh, un aumento de más del 260 % con respecto a finales de 2022, casi 10 veces la capacidad instalada a finales del XIII Plan Quinquenal, y ya superando el objetivo de instalación de 2025.
En 2024, la escala de envío de celdas ESS globales es de 314,7 GWh, un aumento interanual del 60 %.
La industria de celdas ESS ha entrado oficialmente en la era de "0,35 yuanes/Wh" y puede entrar en la era de 0,15 yuanes en el futuro.
Desde 2021 hasta ahora, los actores en el mercado LFP se han diversificado, y empresas tradicionales de materiales ternarios como Easpring Technology, Hunan Changyuan Lico, Guangdong Brunp y Nantong Reshine también han comenzado a surgir desde 2024. Brunp construirá una nueva capacidad LFP de 450.000 toneladas/año en Yichang, Hubei.
El 26 de febrero de 2024, la Oficina de Protección Ambiental de Yichang realizó el primer aviso público de la evaluación de impacto ambiental para el proyecto LFP de nueva generación de 450.000 toneladas/año de Brunp.
Afectado por los bajos precios de licitación en el segundo semestre de 2023, la tarifa de procesamiento principal para LFP en julio de 2024 se acercó a los 15.500 yuanes/tonelada. Mientras tanto, el precio del carbonato de litio cayó en más de 15.000 yuanes/tonelada, y el precio de transacción del LFP superó los 40.000 yuanes/tonelada, entrando en el rango de 30.000 yuanes/tonelada. En octubre-noviembre de 2024, la tarifa de procesamiento sin carbonato de litio fue de alrededor de 14.000 yuanes/tonelada.
Rango de precios de venta principal:
Nivel 1: Hunan Yuneng, Dynanonic, Fulin Precision Machining
Nivel 2: Anda Technology, Hubei Wanrun, Lopal, Youshan Technology, Rongtong High-Tech
Otros recién llegados
Desde el punto de vista de las tarifas de procesamiento, a medida que las tasas de funcionamiento se mantuvieron consistentemente por encima del 50 %, las empresas redujeron gradualmente el coeficiente de descuento para el carbonato de litio, reduciendo las órdenes de bajo precio que generaban pérdidas e intentando más órdenes de alto precio, lo que resultó en un ligero aumento en las tarifas de procesamiento generales.
A partir del segundo semestre de 2024, se enviará una gran cantidad de productos LFP de alta densidad de compactación. Debido a las altas barreras de proceso, estos productos tendrán una prima, con beneficios 1.000-2.000 yuanes más altos: el suministro principal de productos de alta densidad de compactación utiliza un segundo proceso de sinterización, con productos Yuneng que tienen una prima de 2.000-3.000 yuanes, y se espera que los costos sean 1.000-2.000 yuanes más altos, lo que resulta en un beneficio general 1.000-2.000 yuanes más alto.
2. Rutas de tecnología de producción para LFP
2.1 Ruta de oxalato ferroso
El proceso de oxalato ferroso es el método de producción LFP más antiguo, que inicialmente utilizaba oxalato ferroso, fosfato monoamónico (MAP) y carbonato de litio como materias primas, lo que producía una gran cantidad de gas CO2, una pérdida de carbono significativa y una calidad de producto inconsistente, con una baja densidad de compactación. Además, liberaba amoníaco, contaminando el medio ambiente.
Actualmente, algunas empresas utilizan un proceso mejorado, haciendo reaccionar oxalato ferroso con fosfato dihidrógeno de litio. Sin la liberación de amoníaco, este método produce LFP con alta densidad de compactación.
Actualmente, solo algunas empresas en China, como Fulin Precision Machining y Hunan Pengbo New Energy, utilizan este método. El costo del oxalato ferroso es relativamente alto, y se necesitan disolventes orgánicos como dispersantes, lo que hace que el costo general sea alto. Sin embargo, cuando el precio del carbonato de litio era alto, el costo del oxalato ferroso tenía poco impacto en el costo total. Ahora, a medida que el precio del carbonato de litio vuelve a niveles racionales, esta ruta tecnológica enfrenta presiones de costos. Actualmente, los productos LFP producidos por esta ruta tecnológica pueden lograr una densidad de compactación de 2,65-2,70, con un precio de venta más alto en comparación con los productos convencionales.
Actualmente, la industria está experimentando una competencia feroz, con empresas LFP funcionando por debajo de su capacidad y la mayoría incurriendo en pérdidas, pero Fulin Precision Machining sigue funcionando a plena capacidad y siendo rentable.
2.2 Ruta de óxido de hierro rojo
En un principio, VALENCE, con sede en Estados Unidos, y Changyuan Technology, con sede en Taiwán, utilizaron esta ruta tecnológica para producir LFP, utilizando inicialmente óxido de hierro rojo, MAP y carbonato de litio como materias primas, lo que liberaba amoníaco, contaminando el medio ambiente. Más tarde, utilizaron óxido de hierro rojo y fosfato dihidrógeno de litio para producir LFP, superando el problema de la generación de amoníaco.
Ventajas de esta ruta: menor costo, buen rendimiento de recubrimiento durante la producción de baterías.
Desventajas: menor capacidad, riesgo de reducción incompleta del hierro trivalente, suministro limitado de óxido de hierro rojo de alta calidad y bajo costo, y a medida que el costo del fosfato de hierro disminuye gradualmente, la ventaja de costo del óxido de hierro rojo disminuirá.
Actualmente, solo algunas empresas en China, como Chongqing Tery y GCL New Energy, utilizan esta ruta tecnológica.
Se dice que Chongqing Tery y GCL utilizan un método de sinterización secundaria, mejorando el rendimiento electroquímico del producto.
Actualmente, con el bajo precio del fosfato de hierro, la ventaja de costo del proceso de óxido de hierro rojo ya no es significativa.
2.3 Ruta de ácido fosfórico
Hubei Wanrun y BYD fueron los primeros en China en utilizar esta ruta tecnológica para producir LFP. Inicialmente, el precio del fosfato de hierro era muy alto, alcanzando los 38.000 yuanes/tonelada. Con la participación de empresas químicas de fósforo y titanio, el precio del fosfato de hierro ha disminuido significativamente, y esta ruta tecnológica se ha convertido en la principal, representando más del 85 % de la cuota de mercado.
Ventajas de esta ruta: alto rendimiento, excelente rendimiento del producto, limpio y respetuoso con el medio ambiente.
Desventajas: costo ligeramente más alto, grandes cantidades de aguas residuales que necesitan ser concentradas y cristalizadas durante la producción de fosfato de hierro.
Actualmente, la mayoría de las empresas en China, incluidas Hunan Yuneng, Hubei Wanrun, BYD, CATL, Lopal y Hubei Rongtong, utilizan esta ruta tecnológica.
Actualmente, los productos fabricados con este proceso pueden lograr una densidad de compactación de 2,6 y una capacidad de 145.
Actualmente, entre las empresas que utilizan este proceso, solo Hunan Yuneng es rentable, mientras que el resto en su mayoría incurren en pérdidas.
Recientemente, el precio del sulfato ferroso ha aumentado, lo que ha llevado a un aumento en el precio del fosfato de hierro, que se ha transmitido al LFP aguas abajo, aumentando en 300-500 yuanes/tonelada.
2.4 Ruta de Fe(NO₃)₃
2.5 Método hidrotérmico
3. Rutas de tecnología de producción para fosfato de hierro
3.3 Método de FeCl₃
Las acerías generan una gran cantidad de aguas residuales del lavado ácido de placas de acero, que contienen altas concentraciones de FeCl₃. Anteriormente, esto se utilizaba para producir óxido de hierro rojo de bajo valor, pero ahora se puede utilizar para producir fosfato de hierro de alto valor.
FeCl₃ + H₃PO₄ + 3NH₃ = FePO₄ + 3NH₄Cl
Este método produce fosfato de hierro de alta pureza, logrando el nivel de un proceso de dos pasos utilizando sulfato ferroso en un solo paso.
4. Análisis de costos de LFP
5. Rentabilidad de LFP
En el primer semestre de 2024, el rendimiento operativo general de la industria LFP siguió siendo deficiente, con solo Hunan Yuneng logrando rentabilidad. Sin embargo, el margen de pérdida para la mayoría de las empresas se redujo significativamente en comparación con el mismo período del año anterior, con Wanrun New Energy y Fulin Precision Machining pasando de márgenes brutos negativos a positivos.
Actualmente, la industria LFP todavía se encuentra en una fase de desequilibrio entre oferta y demanda. Los costos de fabricación son un factor central que afecta la competitividad, principalmente incluyendo materiales directos, gastos de fabricación y costos de energía, siendo el costo del carbonato de litio el componente más grande.Por lo tanto, la estabilidad de los precios del carbonato de litio es decisiva para el desempeño empresarial.
Además, en un mercado con márgenes brutos bajos, las empresas deben mantener continuamente ventajas de capacidad, garantizar un funcionamiento de alta carga y reducir los costos unitarios de producción.
6. Mecanismo de fijación de precios del LFP
Mecanismo actual de fijación de precios del LFP en la industria
Modelo de licitación de BYD:
Costo del carbonato de litio + tarifa de procesamiento (incluidos el fosfato de hierro y otros materiales auxiliares)
10 % de descuento en el precio del carbonato de litio + 13 000-16 000 yuanes/tonelada
75 000 x 0,9 x 0,245 + 16 000 = 32 537 yuanes/tonelada
75 000 x 0,245 + 14 000 = 32 375 yuanes/tonelada
Actualmente, con esta cotización, se produce una pérdida de 2 000-5 000 yuanes/tonelada.
7. Oportunidades de desarrollo para el LFP
7.1 LFP de alta densidad de compactación
Para aumentar la densidad energética de las baterías sin cambiar el volumen, es necesario mejorar la densidad de compactación de la lámina de cátodo de LFP. El Shenhao Plus de CATL utiliza tecnología de clasificación de partículas en el cátodo para lograr una densidad de compactación ultraalta.
El LFP de alta densidad de compactación (método del ácido fosfórico) añade un proceso de sinterización secundaria, que requiere estándares más altos para la preparación del precursor y la clasificación del tamaño de partícula.
El proceso de sinterización secundaria implica dos pasos de sinterización a diferentes temperaturas y/o atmósferas durante la preparación del LFP para optimizar la microestructura, mejorar la cristalinidad, la densidad, la densidad de compactación y mejorar el rendimiento electroquímico. Cada tiempo de sinterización debe controlarse con precisión para garantizar una reacción y densificación completas, al tiempo que se evita una sinterización excesiva que conduzca al crecimiento de los granos. La densidad de compactación del LFP puede mejorarse mediante un proceso de sinterización secundaria.
LFP de alta densidad de compactación: Actualmente, las principales rutas de proceso son el método del fosfato de hierro y el método del oxalato ferroso. Las ventajas del método del fosfato de hierro y del método del oxalato ferroso radican en su capacidad para lograr una mayor densidad energética, siendo el método del oxalato ferroso el primero en lograr un suministro masivo, mientras que la mayoría de las empresas adoptan el método del fosfato de hierro.
7.2 LFP de alta tasa C para aplicaciones a baja temperatura
Actualmente, el LFP aún enfrenta problemas de carga rápida y bajo rendimiento a baja temperatura. SD Lomon ha desarrollado LFP de alta tasa C con partículas de tamaño nanométrico, que pueden abordar los cuellos de botella en la carga rápida y la descarga a baja temperatura.
7.3 LFMP de alta densidad energética
En 2024, el mercado de LFMP está dominado en gran medida por tres empresas: Hengchuang Nano, Ronbay Skoltech y Dynanonic, mientras que otras empresas tienen envíos mínimos, centrados principalmente en la entrega de muestras.
Aunque el tamaño del mercado de LFMP sigue siendo relativamente pequeño, la inversión de la industria en él sigue siendo ferviente.
7.4 Línea de producción de LFP a gran escala e inteligente
A medida que la capacidad de LFP sigue creciendo, aumentan las demandas de que los equipos de producción sean a gran escala, inteligentes y más eficientes.
(1) Molino de arena vertical grande
En términos de dificultad de fabricación, los molinos de arena verticales son más fáciles de producir, ya que evitan problemas de sellado, lo que resulta en menores costos de fabricación. Por lo tanto, los molinos de arena verticales son más adecuados para productos con requisitos más bajos pero altos volúmenes de producción.
El diseño vertical del rotor de molienda del molino de arena también evita los problemas de deformación del eje comunes en los molinos de arena horizontales tradicionales. Además, la mayor presión de la acumulación de medios de molienda ofrece un potencial para mejorar la eficiencia de molienda.
(2) Horno rotatorio grande
Un horno rotatorio producido por una determinada empresa tiene un tubo de horno de aproximadamente 40 metros de largo y un diámetro de aproximadamente 2 metros. Una sola unidad puede producir más de 10 000 toneladas de LFP al año. El equipo está diseñado específicamente para el procesamiento continuo a alta temperatura del LFP, utilizando una estructura de horno rotatorio externo calentado eléctricamente. Calienta continuamente el producto a través de secciones controladas por temperatura dentro del horno, garantizando un calentamiento uniforme, una reacción completa, una calidad de producto consistente, un funcionamiento estable y confiable, un mantenimiento simple y bajos costos operativos.
8. Conclusión
1. El material de cátodo es el material central y clave de las baterías de ion litio, que determina su rendimiento y costo.
2. Debido a sus ventajas de costo y seguridad, el LFP se ha convertido en la corriente principal del mercado, con una cuota de mercado superior al 70 %.
3. Debido a los avances en la tecnología de fabricación de baterías de litio y la tecnología de fabricación de automóviles, la aplicación de baterías de hoja LFP, CTP, CTC, CTB y la introducción de LFP de alta densidad de compactación, la densidad energética del LFP ha aumentado significativamente. Como resultado, las baterías de LFP han comenzado a utilizarse ampliamente en el mercado de vehículos de pasajeros EV y el mercado ESS.
4. Las rutas de tecnología de producción para LFP y fosfato de hierro coexisten de manera diversificada. En el futuro, el desarrollo del LFP requerirá avances tecnológicos en materias primas, procesos de producción y equipos de producción clave para reducir significativamente los costos de producción y mejorar el rendimiento del producto. El LFP de alta densidad de compactación, el LFP de alta tasa C y el LFP de bajo costo representan oportunidades de desarrollo futuro.
5. El LFP de alta densidad de compactación, el LFP de alta tasa C y el LFP de bajo costo representan oportunidades de desarrollo futuro.
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