Hlavní vědecký pracovník společnosti BYD: Lithium-železo-fosfátové baterie LiFePO4 nebudou vyřazeny do 20 let

Výrobní proces a technologie výroby lithium-železo-fosfátových baterií LiFePO4

Říjen 8, 2024

“Lithium iron phosphate (LFP) baterie may not be phased out in the next 20 years,” said Lian Yubo, Chief Scientist at BYD. This viewpoint is shared against the backdrop of solid-state baterie already on the verge of commercialization. Does this make sense? Or will the technology path of lithium iron phosphate eventually be phased out?

In this video, we will delve into this topic. First, it’s important to know that in the Chinese market, LFP is currently the dominant player, with its installation volume surpassing that of ternary lithium for three consecutive years. According to authoritative statistics, from January to July 2024, the installation volume of ternary lithium in the electric vehicle sector accounted for 30%, while LFP accounted for 70%. This indicates that LFP is currently the mainstream choice for power batteries, mainly due to its outstanding advantages in safety, cycle life, and procurement costs compared to ternary lithium.

Důvodem dominantního postavení LFP je z velké části jeho krystalové složení a struktura. LFP chemicky patří do struktury olivínu a silné trojrozměrné chemické vazby tvořené fosfátovou skupinou mu zajišťují vynikající termodynamickou a kinetickou stabilitu. Od prvního oznámení v roce 1997 má LFP jako katodový materiál stabilní strukturu, což je základní předpoklad pro jeho komercializaci. To zajišťuje, že se baterie během provozu snadno strukturálně nezhroutí při interkalaci a deinterkalaci iontů lithia. Navíc hojnost a nízká cena prvků fosforu a železa dává LFP velkou cenovou výhodu.

Jeho nejznámější výhodou je vysoká bezpečnost. Studie tepelného chování obou typů baterií při zahřívání ukazují, že LFP uvolňuje pouze velké množství kouře bez hoření, přičemž nejvyšší teplota dosahuje více než 500 stupňů Celsia. Naproti tomu ternární lithium nejen uvolňuje kouř, ale také prudce hoří, přičemž nejvyšší teplota dosahuje více než 1000 stupňů Celsia. Z tepelného hlediska je uvolněné teplo LFP 0,162 megajoulů a rychlost je 1,81 kilowattů, zatímco ternární lithium uvolňuje 3,147 megajoulů s rychlostí 134,85 kilowattů. Tyto údaje naznačují významný rozdíl ve výkonu obou typů baterií za podmínek tepelného vybíjení.

Zejména z hlediska rychlosti je nebezpečnost ternárního lithia velmi vysoká. To znamená, že v případě tepelného úniku poskytuje LFP více času na únik a manipulaci, zatímco ternární lithium ztrácí kontrolu v okamžiku. Proto je objem instalace LFP daleko vpředu, protože jeho lepší inherentní bezpečnost může snížit obtížnost a náklady na tepelné řízení na úrovni systému.

Pro mnoho modelů střední a nižší třídy je nejlepší volbou LFP. Pro mnoho modelů střední a vyšší třídy je však v současné době nevyhnutelnou volbou ternární lithium, které zajišťuje lepší výdrž. Z hlediska hustoty energie není LFP tak dobrý jako ternární lithium, a to jak z hlediska hmotnostní, tak objemové hustoty. Z hlediska hmotnosti se LFP pohybuje převážně kolem 140 až 180 watthodin na kilogram, zatímco ternární lithium převážně kolem 200 až 260 watthodin na kilogram.

Z objemového hlediska je u lithia LFP spotřeba přibližně 300 až 400 watthodin na litr, zatímco u ternárního lithia 500 až 700 watthodin na litr. Samozřejmě, některé špičkové výrobky již překonaly referenční rozmezí, ale celkově je rozdíl v energii mezi nimi velmi zřejmý, zejména rozdíl v objemové hustotě energie. Hmotnostní rozdíl není nijak zvlášť drastický a běžné technologie, jako jsou CTP, CTC a CTB, jej mohou kompenzovat na úrovni balení nebo vozidla, ale objemový rozdíl je náročnější vzhledem k omezenému prostoru v prostoru baterie.

Vzhledem k tomu, že LFP nemá výhody v hmotnosti ani objemu, některé špičkové modely pro dlouhé výdrži obvykle LFP nezvolí. Klíčovou otázkou zde je, zda LFP může dohnat ternární lithium a dosáhnout současné úrovně ternárního lithia. Pokud se podíváme na jednotlivé články, neměly by být schopny udržet tempo ternárního lithia, ale určitě mohou dosáhnout současné úrovně ternárního lithia.

U takových lithiových baterií existují obvykle tři cesty ke zvýšení energetické hustoty, zejména objemové energetické hustoty: pracovní napětí, hustota balení a hmotnostně specifická kapacita. Vysvětleme si každou z nich. Pracovní napětí zahrnuje reakční mechanismus LFP, který se od ternárního lithia výrazně liší tím, že katoda LFP má během nabíjení a vybíjení především dvě stabilní fáze: fázi Fe2+ a fázi Fe3+. To znamená, že proces nabíjení a vybíjení je v podstatě dvoufázový migrační proces, při kterém se jedna fáze mění na druhou. Výsledkem je stabilní napěťová platforma přibližně 3,4 V pro LFP, která se udržuje po dlouhou dobu.

Naproti tomu u ternárního lithia dochází během nabíjení a vybíjení k jednofázovému přechodu, přičemž ionty lithia se neustále interkalují a deinterkalují bez jasného fázového rozhraní. To vede u ternárního lithia ke strmější napěťové křivce bez jasné napěťové platformy, která se mění podle toho, jak se mění koncentrace iontů lithia. Proto je stanovení nabití baterie u ternárního lithia přesnější, zatímco LFP vyžaduje pravidelnou kalibraci, protože nabití baterie se určuje zjišťováním napěťových úrovní.

Pracovní napětí LFP je ve skutečnosti zajištěno redoxní reakcí iontů železa při napětí 3,4 V. Prvky fosforu a kyslíku hrají roli pouze ve strukturální stabilitě a přenosu kanálů. Vzhledem k reakčnímu mechanismu je obtížné zvýšit napěťovou platformu LFP, protože je dána krystalovou strukturou a prostor pro změnu je velmi malý. Proto je zvyšování pracovního napětí obtížnou cestou.

Další cestou je zvýšení hustoty balení, aby byl katodový materiál LFP kompaktnější. Teoretická hustota LFP je 3,6 gramu na centimetr krychlový, zatímco současná komerční LFP má hustotu balení přibližně 2,4 až 2,5 gramu na centimetr krychlový. To naznačuje, že je zde stále velký prostor pro zlepšení. Pokud jde o hustotu balení, zlepšení v tomto odvětví vychází především ze tří aspektů: zlepšení surovin a procesních cest, zlepšení procesu spékání a distribuce velikosti částic.

Posledním směrem ke zvýšení energetické hustoty je hmotnostně specifická kapacita, což je množství náboje na jednotku hmotnosti materiálu katody, které lze uložit nebo uvolnit. Z chemického vzorce LFP vyplývá, že jeden mol LFP může interkalovat pouze jeden mol iontů lithia, což odpovídá teoretické hmotnostně specifické kapacitě 170 miliampérhodin na gram. Ve skutečnosti je kapacita komerčních baterií s LFP pouze asi 130 a při vysokorychlostním používání může být nižší. Tento kapacitní problém je významným omezením energetické hustoty LFP.

Základním elektrochemickým mechanismem je kinetický výkon katodového materiálu, tj. vodivost elektronů a iontů lithia. Pokud je vodivost velmi nízká, katodový materiál nemůže být plně využit, což znamená, že jeho účinnost využití je nízká. Klíčové je zlepšit kinetický výkon tak, aby se co nejvíce přiblížil teoretické hodnotě. Je důležité poznamenat, že LFP je polovodič a jeho elektronická vodivost není ze své podstaty výhodná. Transportní kanál lithiových iontů je také intersticiálním kanálem s nízkým difuzním koeficientem.

Navzdory vynikající strukturální stabilitě je tedy vodivost významnou nevýhodou. Z hlediska průmyslu se zlepšení elektronické vodivosti dosahuje především nanokrystalizací, potahováním uhlíkem a dopováním. V současné době většina komerčních baterií LFP obsahuje částice LFP v nanorozměrech s uhlíkovými povlaky, které vytvářejí vodivou síť pro zvýšení vodivosti. Hustota vrstvy uhlíkového povlaku je však nízká, takže toto opatření se vzájemně vylučuje s hustotou balení, což vyžaduje komplexní zlepšení ve formulaci a procesech uhlíkových zdrojů.

Pokud jde o otázku rychlosti difuze iontů lithia, používají se stejné metody, protože během nabíjení a vybíjení dochází ke spojení difuze iontů lithia a vedení elektronů. Například při vybíjení přichází lithiový ion z anody a současně přichází vnějším obvodem také elektron. Proto se ke zlepšení rychlosti difuze iontů lithia přistupuje také prostřednictvím nanokrystalizace, potahování uhlíkem a dopování. Podle odborných prací je mangan slibným dopujícím prvkem. Samotný fosforečnan manganato-železitý lithia je totiž katodovým materiálem a napěťová platforma vyvolaná oxidací iontů manganu dosahuje až 4,1 V, což může výrazně zvýšit hustotu energie bez výrazného zvýšení nákladů.

Vzhledem k ještě nižší elektronické vodivosti fosforečnanu manganato-železitého lithia však stávající modifikační procesy nemohou tuto nevýhodu kompenzovat, takže v současné době je na trhu málo tohoto katodového materiálu. Jelikož jsou ionty manganu chemicky podobné iontům železa, mohou se v krystalové struktuře vyskytovat rovnoměrně v jakémkoli poměru, což umožňuje vylepšení dopování. Také proto, že poloměr iontů manganu je o něco větší, může částečná náhrada železa manganem rozšířit krystal a zvýšit tak difuzní účinek iontů lithia.

Domácí výrobci prý již zahájili výzkum a vývoj lithium-mangan-železo-fosfátových materiálů. Kromě výše uvedeného se také průběžně optimalizuje proces syntézy celého katodového materiálu LFP. Maximální kontrolou vnitřních defektů, velikosti částic a přenosových cest lze do určité míry dále zvýšit hustotu energie.

Lze potvrdit, že technologický vývoj LFP stále pokračuje a jeho energetická hustota se bude v budoucnu dále zlepšovat. Vzhledem k tomu, že LFP si rovněž zachovává vynikající tepelnou stabilitu, dlouhou životnost a relativně levné náklady na suroviny, jsou jeho budoucí vyhlídky poměrně široké.

SPIDERWAY LFP Lithium Iron Phosphate Baterie: Powering Industrial Vehicles with Precision and Performance

In the realm of industrial vehicle power solutions, SPIDERWAY LFP lithium iron phosphate (LFP) batteries have carved a niche for themselves, offering a blend of high performance, safety, and reliability. These batteries are specifically designed to meet the rigorous demands of industrial applications, where performance and durability are paramount.

Aplikace v průmyslových vozidlech

Baterie SPIDERWAY LFP se hojně používají v celé řadě průmyslových vozidel. Jsou srdcem vysokozdvižných vozíků, golfových vozíků, plošin a dalších vozidel, kterým dodávají stabilní energii potřebnou k efektivnímu výkonu jejich funkcí.

Výhody produktu a značky

Výhody baterií SPIDERWAY LFP jsou rozmanité:

Vysoký výkon: Tyto baterie poskytují výjimečný výkon a účinnost a zajišťují, že průmyslová vozidla mohou bez kompromisů pracovat na nejvyšší výkon.
Rychlé nabíjení: Tyto baterie minimalizují prostoje a umožňují rychlé nabíjení, které maximalizuje produktivitu tím, že udržuje stroje déle v provozu.
Bezpečnost a stabilita: Baterie SPIDERWAY jsou vybaveny pokročilými systémy řízení baterií (BMS), které zajišťují bezpečný provoz během celého procesu nabíjení a snižují riziko nehod.
Dlouhověkost: Na tyto baterie s pozoruhodnou životností se vztahuje desetiletá záruka, která nabízí hodnotu a spolehlivost po dlouhou dobu.
Ekologicky šetrné: Baterie SPIDERWAY LFP jsou vyrobeny z netoxických materiálů, které neobsahují těžké kovy, což je v souladu s rostoucím celosvětovým důrazem na udržitelnost.

Automatizovaná výrobní linka a úspory z rozsahu

NovinkyAnalýza konkurenční výhody čínského průmyslu lithiových baterií — Analýza konkurenční výhody čínského průmyslu lithiových baterií

Výhody čínských továren OEM na vysokozdvižné vozíky — Analýza konkurenční výhody čínského průmyslu lithiových baterií

Společnost SPIDERWAY zavedla nejmodernější automatizovanou výrobní linku, která umožňuje přesnou výrobu a efektivní produkci. To nejen zajišťuje vysokou kvalitu všech výrobků, ale také využívá úspory z rozsahu k nabídce konkurenceschopných cen. Roční produkce společnosti přesahuje 10 000 lithiových baterií, čímž efektivně uspokojuje rostoucí požadavky trhu .

Cenová konkurenceschopnost

Díky zvládnutí výrobního procesu a udržování robustního dodavatelského řetězce je společnost SPIDERWAY schopna dodávat své vysoce kvalitní baterie LFP za konkurenceschopné ceny. Tato cenová konkurenceschopnost je podpořena závazkem společnosti k řízení nákladů规范化, což zajišťuje, že zatímco kvalita nikdy není na úkor kvality, zákazníci mohou využívat výhod optimalizovaných výrobních nákladů.

Premium Grade Baterie LFP Cells from Top Suppliers

Společnost SPIDERWAY zdůrazňuje svůj závazek ke kvalitě a odebírá své bateriové články LFP výhradně od čtyř špičkových dodavatelů: BYD, CATL, EVE Energy a LISEHN. Tito dodavatelé jsou známí svými články LFP třídy A, které jsou prověřeny z hlediska výkonu a spolehlivosti. Díky tomu baterie SPIDERWAY splňují přísné požadavky různých průmyslových aplikací a poskytují tak silnou záruku pro苛刻的工况要求 .

Baterie SPIDERWAY LFP jsou důkazem toho, že se společnost věnuje inovacím, kvalitě a spokojenosti zákazníků. Vzhledem k tomu, že svět směřuje k udržitelnějším a efektivnějším energetickým řešením, stojí společnost SPIDERWAY v čele a nabízí průmyslovým vozidlům energii, kterou potřebují k dosažení co nejlepšího výkonu.

Profil autora

SpiderWayhttps://tawk.to/chat/6228c78d1ffac05b1d7dc569/1ftnkn0nk

Prodejní technik baterií LiFePO4 společnosti SpiderWay s desetiletou praxí v oblasti baterií pro průmyslová vozidla, který je připraven zodpovědět všechny vaše dotazy týkající se průmyslových baterií LiFePO4.