El Litio en una Batería · Institute of the Americas, iamericas.org | PayneInstitute.MINES.edu | September 2019 | 5 Figura 4: Fuente: Lux Research5 Hoy, excepto por una cantidad

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El Litio en una Batería Por Emily Sarah Hersh

Septiembre, 2019

Introducción

Muchos países que tienen yacimientos de litio están tentados a producir baterías de

iones de litio. Mientras que son comprensibles, dichos planes a menudo no

demuestran el entendimiento de la complejidad de una batería y su proceso de

fabricación.

El litio en las baterías es como el trigo que hace la harina para un pastel: un

ingrediente fundamental e imprescindible, pero a muchos pasos de distancia del

producto final. Este artículo se propone explicar qué hay dentro de una batería y el

papel necesario pero insuficiente del litio para impulsar el futuro del transporte.


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Anatomía Básica de una Batería

A pesar de que llamamos a las baterías que contienen litio "baterías de iones de litio",

hay muchas más cosas en juego: este resumen proporciona una mirada de alto nivel a

algunos de estos problemas complejos.

Los paquetes de baterías que terminan en nuestros dispositivos y vehículos

eléctricos, contienen múltiples módulos de batería que a su vez están formados por

una serie de celdas de batería. La figura 1 ilustra los componentes de una batería. Las

materias primas no son lo único que contribuyen al costo de la batería. Los sistemas

de fabricación y administración electrónica también aportan significativamente al

costo de la batería. El litio sólo representa entre un 5 y 15% del total.1

Figura 1: Fuente: DCDB Group2

1 Este número se basa en los precios del litio y la batería en el momento de la redacción del documento, y en los costos de fabricación de los principales productores, incluyendo Panasonic, que fabrica celdas de batería utilizadas por Tesla. Este número puede fluctuar dentro de este rango a medida que cambian los precios del litio y otros metales energéticos, y puede cambiar a medida que bajan los precios de fabricación u otros componentes de baterías. 2 DCDB Group es una empresa de consultoría multinacional con especialización en la industria del litio. El autor de este artículo es socio gerente. www.DCDBGroup.com

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Celdas de batería• Cátodo• Ánodo• Separador• Electrolito

Módulos de batería• Celdas de bateríamúltiples

• Electronicos

Paquete de baterías• Módulos de batería• Software• Sistemas de gestión

Fabricación

Módulos & Componentes de Paquete


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Formas de las Celdas de Baterías

Las celdas de la batería de iones de litio vienen en tres formas básicas: cilíndrica, prismática y bolsa

(pouch). Usted se encuentra con al menos dos de estas formas todos los días. Las baterías que coloca

en el control remoto de su televisor son cilíndricas, mientras que la batería de su teléfono inteligente o

computadora portátil es prismática. Cada forma tiene sus pros y contras (Fig. 2).

Figura 2: Fuente: Cairn ERA 3

Dentro de la Celda de la Batería

Las materias primas contribuyen al costo de la celda de la batería. Una celda de batería está compuesta

por tres componentes principales (Fig. 3): el ánodo (cargado negativamente), el cátodo (cargado

positivamente) y un electrolito líquido.

3 Cairn Energy Research Advisors es una firma mundial de investigación y consultoría especializada en almacenamiento de energía. http://cairnera.com/

Cylindrical Prismatic Pouch

Cost of Manufacturing

Cost of Manufacturing Roadmap

Enclosure Material Cost

Cell Cost/Wh

Pack Volumetric Density

Thermal Shedding

Pack Temperature Management System Cost

Source: Cairn ERA

=Best=Middle=Lowest

http://cairnera.com/


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Fig. 3: Fuente: Lux Research4

Cuando la batería está en uso alimentando un dispositivo, los electrones fluyen a través del circuito

desde el ánodo al cátodo, mientras que los iones de litio cargados positivamente (Li +) viajan a través

del electrolito al cátodo. Cargar la batería causa que los iones de litio vuelvan al ánodo, lo que permite

que la batería vuelva a proporcionar energía cuando está conectada (Fig. 4).

4 Lux Research es una empresa basada en la ciencia e ingeniería que proporciona experiencia técnica, análisis avanzado e investigación primaria. https://www.luxresearchinc.com/

https://www.luxresearchinc.com/


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Figura 4: Fuente: Lux Research5

Hoy, excepto por una cantidad muy pequeña en el electrolito líquido, el "litio" en una batería de iones de litio

está casi completamente en el cátodo. El material del cátodo se fabrica como un polvo, que luego se deposita

sobre un material de sustrato y se sumerge en un electrolito líquido.

Cátodo: Donde Está el Litio

Tipos de Materiales Catódicos

Los materiales de cátodo difieren entre las baterías (Tabla 1). En todos los casos contienen otros minerales

y metales además de litio. Se utilizan diferentes materiales de cátodo para fabricar baterías con distintas

características de rendimiento.

5 https://www.luxresearchinc.com/

https://www.luxresearchinc.com/


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Tabla

1:

Fuente: Cairn ERA6

En las abreviaturas, las letras corresponden a un elemento: N es para níquel, C para cobalto, A para

aluminio, etc. La L es para litio, el cual está presente incluso en las abreviaturas sin L. Cuando los

números siguen a las letras, se refiere a la proporción de productos químicos entre sí. Por ejemplo,

NMC 1-1-1 contiene partes iguales de níquel, manganeso y cobalto, mientras que NMC 6-2-2

contiene 6 partes de níquel por cada 2 partes de manganeso y cobalto.

No hay un "mejor" cátodo; más bien, los fabricantes de baterías seleccionan qué cátodo usar según las

necesidades de la aplicación y los costos de material. Incluso dentro de la industria del transporte, se

prefieren diferentes químicas de cátodos en diferentes aplicaciones. Los cátodos con alto contenido

de níquel, como el NMC, son preferibles para aplicaciones que priorizan el alcance o la distancia que

puede recorrer un vehículo eléctrico antes de necesitar ser recargado, como un automóvil personal.

Los cátodos de fosfato de hierro y litio (LFP) son menos densos en energía y, por lo tanto, más

grandes y pesados, pero son más seguros y se pueden cargar y descargar más veces, lo que los hace

preferibles para aplicaciones como autobuses.

6 http://cairnera.com/

Cathode Chemistry Name Formula Applications Strengths Weaknesses

Gravimetric

Energy Density

(Wh/KG)

LCO

Lithum Cobalt

Oxide LiCoO2

Consumer Electronics (phones,

laptops, tablets)

Very high energy

density

Thermal runaway is more

common; poor low

temperature performance;

high cost

220-280

LFPLithium Iron

PhosphateLiFePO4

Electric Bus drivetrains;

stationary storage

Excellent power

capabilities; less prone

to thermal runaway

and fire

Very low energy density; no

cost advantage over higher

energy density cathodes

105-115

LMOLithium

Manganese SpinelLiMn2O4

Electric bus drivetrains; some

power tools

Good temperature

tolerance; high power

capabilities; very low

cost

Very low energy density 120-135

NCALithium Nickel

Cobalt AluminumLiNiCoAlO2

Automotive drivetrains; power

tools

Excellent power

capabilities; high

energy density; low

cobalt usage

More prone to thermal

runaway if heat builds up180-240

NMC 1-1-1Lithium Nickel

Manganese Cobalt

LiNi0.3Mn0.3Co0.3O

2

Automotive drivetrains;

stationary storage

Very stable compared

to other cathodes

with nickel; very good

energy density;

moderate cobalt usage

Cobalt cost is still high,

making it relatively expensive180-210


Manganese CobaltLiNi0.6Mn0.2Co0.2O3

Automotive drivetrains;

stationary storage

Sufficient stability so

moderate

susceptibility to

thermal runaway;

lower cobalt usage

Cobalt cost is still high

enough to make it relatively

expensive; tends to degrade

more quickly

180-240


Manganese CobaltLiNi0.8Mn0.1Co0.1O4 Automotive drivetrains

Very low cobalt usage

and therefore

eventually low-cost;

extremely energy

dense

Difficult and expensive to

handle; manufacturing cost is

more expensive; frequently

instable without extremely

high-purity ingredients

200-260

Source: Cairn ERA

http://cairnera.com/


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La "telaraña" en la Figura 5 ilustra las compensaciones entre los parámetros operativos en los cátodos

NMC y LFP.

Figura 5: Fuente: Targray7

En el caso de una batería de iones de litio para un autobús, la densidad de energía y el rango se

sacrifican para lograr una mayor seguridad y un mayor número de ciclos.

Costos en la Batería

Materias Primas

El costo de la producción de cátodos depende de los costos de todas las materias primas, así como de la

tecnología y los procesos de fabricación. Los cátodos se fabrican utilizando predominantemente Nickel

Litio

Níquel

Cobalto

Magnesio

7 Targray es un proveedor de materiales de baterías de iones de litio para baterías y tecnologías de almacenamiento de energía. https://www.targray.com/li-ion-battery

Polvo NMC Polvos de óxido de nickel, cobalto, manganeso y litio con la calidad, confianza, seguridad y eficiencia que requiere la fabricación de celdas de iones de litio.

Polvo LFP Las fórmulas de polvo de fosfato de hierro y litio entregan alta corriente nominal, ciclo de vida largo, estabilidad térmica superior y alta tolerancia al abuso.


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De estos materiales, el cobalto exhibe un movimiento de precios volátil y presenta preocupaciones en

la cadena de suministro debido a la concentración geográfica en jurisdicciones políticamente volátiles.

El deseo de reducir la exposición a este mercado ha influido en los fabricantes de baterías para

favorecer y desarrollar productos químicos con menores proporciones de cobalto.

Precios de la Batería vs. Costos de Material

La caída de los precios de las baterías de iones de litio es un factor importante en la revolución VE, y

los precios de las baterías han seguido cayendo a pesar de que los precios de las materias primas han

subido y bajado (Fig. 6). Esto se debe tanto a la innovación tecnológica como a las economías de

escala, ya que las mega y giga fábricas aumentan drásticamente la producción de baterías en todo el

mundo. Debido a la complejidad y la naturaleza global de la cadena de suministro de la batería, los

movimientos de los precios de las materias primas no implican necesariamente una transferencia

directa a los precios de las baterías.

El costo de las celdas de iones de litio ha seguido cayendo a pesar de la volatilidad del costo de las materias prima

Figura 6: Fuente: Benchmark Mineral Intelligence 8

El Litio en una Batería

Como se señaló, el litio es solo uno de los componentes necesarios para hacer una batería y no es la

contribución de costo más significativa. La figura 7 ilustra una batería estándar de Tesla y muestra la

importancia relativa del litio para el cátodo, y el cátodo para la batería.

8 Benchmark Mineral Intelligence proporciona información sobre precios, oferta y demanda y pronósticos sobre materias primas de baterías como grafito, litio, cobalto y níquel https://www.benchmarkminerals.com/


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Figura 7: Fuente: Global Lithium9

En la Figura 7, la columna de minerales en el lado izquierdo representa los minerales utilizados en la

fabricación de la célula NCA que Tesla coloca en sus automóviles, con el litio representado en rojo.

Esas materias primas se utilizan para fabricar el cátodo, representado por el gráfico circular. El litio se

representa como el equivalente de carbonato de litio (LCE) por el corte rojo. El cátodo se muestra en

la batería, representado por el cilindro. En este ejemplo, el cátodo representa solo el 22% del costo

total de la batería.

9 Este gráfico fue creado por los anfitriones del Global Lithium Podcast (http://lithiumpodcast.com/) utilizando información de Nano One Materials Corp (https://nanoone.ca/) y Cairn Energy Research Advisors (http: // cairnera .com/)


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Datos Clave

Se necesita mucho más que litio para hacer una batería. Para que los países con recursos de litio

maximicen su valor en la cadena de suministro de baterías, deben trabajar para desarrollar experiencia

y comprensión sobre cómo integrarse en áreas con la mayor ventaja competitiva.

Fabricar baterías de iones de litio simplemente porque hay un depósito de litio no es económico, y

dará como resultado proyectos poco competitivos que no lograrán devolver a los países. Los países

que poseen depósitos de litio deben tomar medidas para comprender y apoyar el crecimiento de

cadenas de suministro sólidas basadas en la ventaja competitiva y la cooperación entre los actores.

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SOBRE EL AUTOR Emily Sarah Hersh Socia Directora, Grupo DCDB Emily Sarah Hersh reside en Buenos Aires, Argentina, donde se desempeña como Socia Gerente de DCDB Research. Emily es una experta renombrada en la industria del litio y es la coanfitrión del Podcast popular Global Lithium (www.lithiumpodcast.com). Emily gestiona proyectos en Sudamérica para empresas de las industrias de minería, energía, petróleo y gas. Su especialización en litio incluye la debida diligencia de proyecto, la evaluación del riesgo país y las tecnologías emergentes de baterías. También administra un fondo privado de oficina familiar dedicado a las materias primas en la cadena de suministro de baterías. Emily ha dado discursos de apertura sobre litio, almacenamiento de energía, energía renovable en América Latina y tecnología emergente de baterías en eventos organizados por el Instituto de las Américas, Metal Bulletin, Fastmarkets, Benchmark Mineral Intelligence, Euromoney, GFC Media, Greenpower Conferences, SolarPlaza, y muchos otros. En 2013, Emily cofundó The Bubble News. Apareció en CNN y Al-Jazeera America en relación con la economía argentina, y su trabajo aparece con frecuencia en Business Insider, The Bubble, Wolf Street e InfoBAE. Ella es citada regularmente en The Financial Times, Bloomberg y Reuters relacionadas con materiales de litio y baterías. En 2018, Emily fue fundadora de AMES Argentina, la Asociación de Mujeres en Energía y Sostenibilidad en Argentina. Es miembro de la hermandad internacional Kappa Kappa Gamma y miembro de la Sociedad Electroquímica. Emily tiene una Licenciatura en Ciencias Económicas de la Universidad de Tulane, una maestría en Asuntos Internacionales de la Universidad Americana, y ha realizado cursos de posgrado en Energía Renovable en el Instituto Tecnológico de Buenos Aires (ITBA). Para obtener información adicional, consulte su perfil de Linkedin a continuación: https://www.linkedin.com/in/emily-hersh-3a6b60a/


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Sobre el Instituto Payne: La misión del Instituto Payne en la Escuela de Minas de Colorado es proporcionar información científica de clase mundial, ayudando a informar las políticas públicas sobre los recursos de la tierra, la energía y el medio ambiente. El Instituto se estableció con una donación de Jim y Arlene Payne, y busca vincular la sólida investigación científica y de ingeniería y la experiencia en Minas con cuestiones relacionadas con las políticas públicas y la seguridad nacional. La serie de comentarios del Instituto Payne ofrece ideas e investigaciones independientes sobre una amplia gama de temas relacionados con la energía, los recursos naturales y la política ambiental. La serie se adapta a tres categorías, las cuales son: puntos de vista, ensayos y documentos de trabajo. Para obtener más información, visite PayneInstitute.MINES.edu

Aviso: las opiniones, creencias y puntos de vista expresados en este artículo son exclusivamente del autor y no reflejan las opiniones, críticas, puntos de vista o políticas oficiales del Instituto Payne o la Escuela de Minas de Colorado.


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SOBRE EL INSTITUTO DE LAS AMERICAS Durante 35 años, el instituto de las Américas ha promovido acertadas políticas públicas y ha fomentado la cooperación entre los interesados del sector público y privado en todo el hemisferio. Nuestros diversos programas destacan la innovación y el avance tecnológico como la clave para construir economías del siglo XXI en las Américas. Ayudamos a dar forma e informar políticas públicas, así como a catalizar la innovación en sectores centrales que incluyen: energía y sostenibilidad, ciencias de la vida, biotecnología y STEM. Para más información, visite iamericas.org @iamericas

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