将铁锂进行到底

中国化学与物理电源行业协会2022-05-12 07:34:05

磷酸铁锂是个什么鬼

 

磷酸铁锂是一种新型锂离子电池正极材料,分子式LiFeP04,简称LFP,应用领域十分广泛。

·大型电动车辆:公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等;

·轻型电动车:电动自行车、高尔夫球车等;

·电动工具:电钻、电锯、割草机等;

·小型设备:智能机、无人机、医疗器械等;

·军事和航天用动力电池;

·太阳能及风力发电的储能设备......

 

磷酸铁锂的主材组成如下:

项目

单位

技术标准

锂(Li

%

4.3±0.5

铁(Fe

%

34.0±1.5

磷(P

%

19.0±1.0

碳(C

%

1.6±0.2

(朗泰内控)

 

磷酸铁锂的物理特性如下:

项目

单位

技术标准

测试方法

外观

/

黑灰色粉末,颜色均一,无结块

目视

粒度分布

D10

µm

0.5

马尔文

D50

2.5±1

D97

20.0

松装密度

g/cm³

0.5

振实密度仪

振实密度

g/cm³

1.0

振实密度仪

压实密度

g/cm³

2.2~2.5

/

比表面积

m²/g

13~17

GB/T 6284-2006

(朗泰内控)

 

磷酸铁锂的电化学特性如下:

项目

单位

技术标准

测试方法

首次放电容量(0.1C

mAh/g

≥158

半电池

首次放电容量(0.2C

≥155

放电容量(1C

≥132

首次放电效率(0.2C

%

≥95

中值电压(0.1C)

V

≥3.39

循环性能(1C

/

≥2000

全电池

14500 

低温性能(0.2C)(-20℃

%

≥70%

(朗泰内控)

 

磷酸铁锂的前世今生

1996年日本的NTT首次披露AyMPO4(A为碱金属,M为Co,Fe两者之组合LiFeCoPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后,1997年美国德州大学的约翰·B·古迪纳夫(John. B. Goodenough)教授等研究团队,也接着报道了LiFePO4 的可逆性地迁入脱出锂的特性,美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4),使得该材料受到了极大的重视,并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子电池正极材料,尖晶石结构的LiMn2O4 和层状结构的LiCoO2相比,LiMPO4 的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。

 

2002年,磷酸铁锂(LFP)首次被美国Valance公司产业化,随即引起了中国市场的广泛关注。从2004年开始,我国掀起了一股投资磷酸铁锂材料和磷酸铁锂动力电池的热潮,随后,它成为我国正极材料的主要产品。

 

根据铁源的来源,磷酸铁锂的制程工艺主要有三种:磷酸铁工艺、草酸亚铁工艺、氧化铁红工艺。而由于磷酸铁工艺在能量密度上更有优势一些,目前正成为主流。

 

制造工艺如下:


我国磷酸铁锂的开发研究比较晚,但近年来发展非常迅速,已经成为了全球磷酸铁锂的生产和消费大国。根据鑫椤资讯统计,2016年磷酸铁锂产量达到7.39万吨,同比增长超过100%。 

朗泰认为,磷酸铁锂电池的安全性决定了其在大巴车上的不可替代性,后续市场的增长仍有广阔空间。另一方面,磷酸铁锂的长寿命及低成本为即将爆发的储能市场提供了更为明显的竞争优势,而随着石墨烯、碳纳米管等添加剂工艺技术的成熟,使之与磷酸铁锂配合使用将会大大提高磷酸铁锂电池的能量密度。

 

尽管磷酸铁锂具有较多优势,但仍然避免不了来自三元材料的正面挑战:

正极材料

磷酸铁锂

三元材料

晶型

橄榄石状

层状

工作电压/V

3.4

3.7

材料电容量(mAh/g)

160

160-190

质量比能量(Wh/kg

130

170

循环寿命/

2000

800

成本(元/kg

100-120

150-200

优点

高稳定性

安全可靠

铁磷资源丰富

能量密度高

倍率性能好

缺点

低温性能一般

质量比能量低

镍钴资源稀缺且价格昂贵安全性差

 

 

能量密度、倍率和寿命等都是衡量锂离子电池正极材料的关键指标。随着新能源汽车行业以及储能行业的发展和技术进步,预计未来正极材料行业在细分的磷酸铁锂以及三元材料方面将成为正极材料产业增长的主要驱动力。同时也预示着磷酸铁锂和三元材料的市场博弈会更加剧烈。

 

短期内锂离子电池各材料之间以及技术路线之争还有待业界大咖们继续研究和探讨,目前,磷酸铁锂和三元材料电池已经遥遥领先于其它材料。磷酸铁锂的安全、稳定方面有优势,而能量密度较低却是绕之不过的痛点,三元材料的综合性能优异,但镍钴资源、成本的短板也不得不重视。

 

关于朗泰:

河南朗泰新能源有限公司自2009年开始一直专心、专注于磷酸铁锂材料的研发制造。

 

朗泰在三方面助力磷酸铁锂材料的创新及品质的提高:

 

一是克容量提高。磷酸铁锂理论容量为170 mAh/g,我们通过掺杂改性生产出的材料实际容量0.1C可高达162 mAh/g,已经非常接近理论容量。

 

二是改善低温性能。我们为了适应北方市场,通过将材料纳米化研磨,新推出的材料在-20℃的低温下性能大于80%。

 

三是提高压实密度。现在磷酸铁锂市场普遍压实密度不超过2.25g/㎝?,而我们已推出2.52.6g/cm?的高压实磷酸铁锂。