O vice-presidente da Comissão Europeia, Maroš Šefčovič, declarou que, até 2025, a União Europeia será capaz de produzir baterias suficientes para alimentar seus veículos elétricos em rápido crescimento. Então, isso eliminará a necessidade de depender de baterias importadas.
Como parte de seu plano para atingir a “neutralidade climática” até 2050, a UE visa aumentar a produção local em indústrias verdes. Inclui combustível de hidrogênio para produção de aço de baixo carbono e baterias para veículos de nova energia.
Atualmente, cerca de 80% da produção mundial de baterias de íons de lítio está na China. Mas, de acordo com o plano da UE, a capacidade de produção de baterias de íons de lítio da Europa se expandirá rapidamente.
Atualmente, há 15 grandes fábricas de baterias em construção na Europa, incluindo as fábricas da empresa sueca Northvolt na Suécia e na Alemanha, as fábricas da fabricante chinesa de baterias CATL na Alemanha e a segunda fábrica da empresa sul-coreana SK Innovation na Hungria.
A Comissão Europeia espera que até 2025 haja 13 milhões de carros de baixa emissão nas estradas europeias, exigindo mais investimentos.
1. Materiais do cátodo
Óxido de lítio-cobalto (LiCoO₂)
Características: Possui alta densidade de energia, permitindo armazenar mais eletricidade na bateria. Sua plataforma de descarga é estável, e a saída de tensão permanece relativamente consistente, o que garante um fornecimento de energia estável para o dispositivo durante o uso. Por exemplo, é amplamente utilizado em produtos eletrônicos 3C, como os primeiros smartphones.
Cenário de aplicação: Baterias de íons de lítio usadas principalmente para pequenos dispositivos eletrônicos como celulares e laptops. No entanto, devido à escassez de recursos de cobalto, grandes flutuações de preço e certos riscos ambientais e de segurança, seu uso em campos de baterias de larga escala (por exemplo, veículos elétricos) é limitado.
Óxido de lítio níquel manganês cobalto (NMC, LiNiₓMnₓCo₁ – ₂ₓO₂)
Características: Ao ajustar a proporção de níquel (Ni), manganês (Mn) e cobalto (Co), a densidade de energia, o ciclo de vida e a segurança da bateria podem ser equilibrados. Por exemplo, um maior teor de níquel aumenta a densidade de energia, enquanto a adição de manganês ajuda a melhorar a segurança e a estabilidade da bateria.
Cenários de aplicação: Amplamente usado em veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia. Por exemplo, modelos como o Tesla Model 3 usam baterias NMC, que atendem aos requisitos de longo alcance para veículos elétricos, ao mesmo tempo em que garantem a segurança e a longevidade da bateria.
Fosfato de ferro e lítio (LiFePO₄)
Características: Oferece boa estabilidade térmica, tornando-o relativamente seguro em ambientes de alta temperatura e menos propenso a situações perigosas, como fuga térmica. Também tem um longo ciclo de vida, com decaimento de capacidade mais lento após múltiplas cargas e descargas. No entanto, sua densidade de energia é relativamente baixa, o que significa que pode não armazenar tanta eletricidade quanto alguns outros materiais de cátodo do mesmo volume ou peso.
Cenários de aplicação: Devido à sua alta segurança e longa vida útil, é amplamente utilizado em aplicações que exigem esses atributos, como ônibus elétricos e estações de armazenamento de energia. Por exemplo, alguns dos ônibus elétricos da BYD usam baterias de fosfato de ferro-lítio, fornecendo uma solução de energia segura e confiável para o transporte público urbano.
Óxido de lítio e manganês (LiMn₂O₄)
Características: Tem baixo custo, recursos abundantes e um processo de fabricação relativamente simples, o que o torna econômico. Ele também tem desempenho de alta taxa, capaz de carregar e descarregar grandes correntes em um curto espaço de tempo, o que o torna adequado para cenários que exigem carregamento rápido ou alta potência de saída. No entanto, seu ciclo de vida e desempenho em alta temperatura são relativamente ruins.
Cenários de aplicação: Comumente usado em ferramentas elétricas, veículos elétricos leves e outros equipamentos que são sensíveis ao custo e têm requisitos específicos para desempenho da taxa de bateria.
2. Materiais do ânodo
Grafite
Características: O grafite inclui variedades naturais e artificiais. Ele tem boa condutividade e uma estrutura em camadas, que fornece canais de inserção e extração eficientes para íons de lítio, permitindo que os processos de carga e descarga da bateria prossigam suavemente. Além disso, os materiais de grafite têm boa estabilidade química e podem manter um desempenho relativamente estável no ambiente operacional da bateria.
Cenários de aplicação: O grafite é o mais amplamente utilizado ânodo material comumente encontrado em diversas baterias de íons de lítio, desde baterias de celulares até baterias de veículos elétricos.
Materiais à base de silício
Características: O silício tem uma capacidade teórica específica extremamente alta. Ele pode armazenar mais íons de lítio do que grafite, melhorando significativamente a densidade de energia da bateria. No entanto, o silício sofre grandes mudanças de volume durante o processo de carga e descarga. Isso pode levar à pulverização e ao desprendimento de materiais de eletrodo, afetando assim o ciclo de vida da bateria e a estabilidade do desempenho.
Cenários de aplicação: Com avanços tecnológicos contínuos, a aplicação de materiais à base de silício em baterias de íons de lítio de alto desempenho ganhou atenção. Instituições de pesquisa e empresas estão trabalhando no desenvolvimento de materiais de ânodo composto de silício-carbono para baterias de alta densidade energética de próxima geração. Espera-se que sejam amplamente utilizados em futuros veículos elétricos e dispositivos eletrônicos de ponta.
Titanato de lítio (Li₄Ti₅O₁₂)
Características: O titanato de lítio é um material de tensão zero. Durante o processo de inserção e extração de íons de lítio, o volume do material do eletrodo dificilmente muda, proporcionando excelente vida útil do ciclo e a capacidade de suportar múltiplos ciclos de carga e descarga. Ele também tem alta segurança e bom desempenho de taxa, permitindo carga e descarga rápidas. No entanto, sua densidade de energia é relativamente baixa.
Cenários de aplicação:É usado principalmente em aplicações que exigem alta vida útil da bateria e segurança, como sistemas de armazenamento de energia e veículos elétricos especializados.
3. Eletrólito
Carbonatos orgânicos
Características: Carbonatos orgânicos comumente usados, como carbonato de etileno (EC) e carbonato de propileno (PC). Eles têm boa solubilidade e podem dissolver completamente sais de lítio, garantindo que o eletrólito tenha alta condutividade iônica. Esses carbonatos também têm boa estabilidade eletroquímica e permanecem estáveis dentro da faixa de tensão operacional da bateria. E eles não se decompõem ou reagem de maneiras que afetem o desempenho da bateria.
Cenários de aplicação:Os carbonatos orgânicos são o principal componente dos eletrólitos das baterias de íons de lítio e são amplamente utilizados em vários tipos de baterias de íons de lítio.
Sais de lítio
Características: O hexafluorofosfato de lítio (LiPF₆) é o sal de lítio mais comumente usado. Ele fornece íons de lítio no eletrólito e tem boa condutividade iônica em solventes orgânicos adequados. No entanto, é sensível à umidade e se decompõe facilmente quando exposto à água, portanto, os níveis de umidade devem ser cuidadosamente controlados durante a produção e o uso da bateria.
Cenários de aplicação: Como um componente-chave no eletrólito, os sais de lítio são usados para preparar eletrólitos para várias baterias de íons de lítio. E eles são essenciais para garantir a operação adequada da bateria.
4. Materiais do diafragma
Poliolefinas (como polietileno PE, polipropileno PP)
Características: As poliolefinas têm boas propriedades mecânicas e podem suportar a pressão interna da bateria. Elas impedem o contato direto entre os eletrodos positivo e negativo, o que pode causar um curto-circuito. Elas também têm boa molhabilidade com o eletrólito. Isso garante a penetração adequada do eletrólito no separador e fornece um canal para transmissão de íons de lítio. Além disso, as poliolefinas exibem boa estabilidade química e não são propensas a reagir com outros materiais na bateria.
Cenários de aplicação: Poliolefinas são os principais materiais usados em separadores de baterias de íons de lítio. Elas desempenham um papel vital em garantir tanto a segurança quanto o desempenho de vários produtos de baterias de íons de lítio.
