Le scientifique en chef de BYD : Les batteries lithium-phosphate de fer LiFePO4 ne disparaîtront pas d'ici 20 ans

NewsLiFePO4 Processus de production et technologie de production des batteries au phosphate de fer lithié

8 octobre 2024

"Le phosphate de fer et de lithium (LFP) piles pourrait ne pas disparaître au cours des 20 prochaines années", a déclaré Lian Yubo, scientifique en chef chez BYD. Ce point de vue est partagé dans le contexte de l'utilisation des piles à combustible à l'état solide. piles déjà sur le point d'être commercialisée. Cela a-t-il un sens ? Ou bien la voie technologique du phosphate de fer-lithium finira-t-elle par être abandonnée ?

Dans cette vidéo, nous allons approfondir ce sujet. Tout d'abord, il est important de savoir que sur le marché chinois, LFP est actuellement l'acteur dominant, son volume d'installation ayant dépassé celui du lithium ternaire pendant trois années consécutives. Selon des statistiques officielles, de janvier à juillet 2024, le volume d'installation du lithium ternaire dans le secteur des véhicules électriques a représenté 30%, tandis que le lithium ternaire a dépassé le lithium ternaire de trois ans. LFP pour 70%. Cela indique que le LFP est actuellement le choix principal pour les batteries d'énergie, principalement en raison de ses avantages exceptionnels en matière de sécurité, de durée de vie et de coûts d'approvisionnement par rapport au lithium ternaire.

La raison de la prédominance du LFP est largement due à sa composition et à sa structure cristalline. Le LFP appartient chimiquement à la structure de l'olivine, et les fortes liaisons chimiques tridimensionnelles formées par le groupe phosphate lui confèrent une excellente stabilité thermodynamique et cinétique. Depuis son premier rapport en 1997, le LFP en tant que matériau cathodique a été structuré de manière à être stable, ce qui constitue le principe fondamental de sa commercialisation. Cela garantit que la structure de la batterie ne s'effondre pas facilement en cours de fonctionnement lorsque les ions lithium s'intercalent et se désintègrent. En outre, l'abondance et le faible coût des éléments phosphore et fer confèrent au LFP un avantage considérable en termes de coût.

Son avantage le plus connu est son profil de sécurité élevé. Des études sur le comportement d'emballement thermique des deux types de piles dans des conditions de chauffage montrent que le LFP ne dégage qu'une grande quantité de fumée sans combustion, la température la plus élevée atteignant plus de 500 degrés Celsius. En revanche, le lithium ternaire ne dégage pas seulement de la fumée, mais brûle aussi violemment, la température la plus élevée atteignant plus de 1000 degrés Celsius. D'un point de vue thermique, la chaleur dégagée par le LFP est de 0,162 mégajoule, avec un taux de 1,81 kilowatt, tandis que le lithium ternaire dégage 3,147 mégajoules, avec un taux de 134,85 kilowatts. Ces données indiquent une différence significative dans les performances des deux types de piles dans des conditions d'emballement thermique.

Du point de vue du taux, le danger du lithium ternaire est très élevé. Cela signifie qu'en cas d'emballement thermique, le LFP offre plus de temps pour s'échapper et être manipulé, alors que le lithium ternaire perd le contrôle en un instant. Par conséquent, le volume d'installation du LFP est largement supérieur, car sa meilleure sécurité intrinsèque peut réduire la difficulté et le coût de la gestion thermique au niveau du système.

Pour de nombreux modèles de milieu et de bas de gamme, le LFP est le meilleur choix. Toutefois, pour de nombreux modèles de milieu et de haut de gamme, le lithium ternaire est actuellement une option incontournable pour assurer une meilleure endurance. Du point de vue de la densité énergétique, le LFP n'est pas aussi bon que le lithium ternaire en termes de densité de masse et de densité volumétrique. En termes de masse, la LFP est principalement de l'ordre de 140 à 180 wattheures par kilogramme, alors que le lithium ternaire est principalement de l'ordre de 200 à 260 wattheures par kilogramme.

D'un point de vue volumétrique, la densité énergétique du LFP est de l'ordre de 300 à 400 wattheures par litre, tandis que celle du lithium ternaire est de l'ordre de 500 à 700 wattheures par litre. Bien sûr, certains produits haut de gamme ont déjà dépassé la gamme de référence, mais dans l'ensemble, l'écart d'énergie entre les deux est très évident, en particulier la différence de densité d'énergie volumétrique. La différence de masse n'est pas particulièrement radicale et les technologies courantes telles que le CTP, le CTC et le CTB peuvent compenser au niveau du pack ou du véhicule, mais le volume est plus problématique en raison de l'espace limité dans le compartiment de la batterie.

Étant donné que le LFP ne présente pas d'avantages en termes de masse ou de volume, certains modèles haut de gamme destinés à des expériences de longue durée ne choisissent généralement pas le LFP. La question clé ici est de savoir si le LFP peut rattraper le lithium ternaire pour atteindre le niveau actuel du lithium ternaire. Si l'on considère la cellule individuelle, elle ne devrait pas être en mesure de suivre le rythme du lithium ternaire, mais elle peut certainement atteindre le niveau actuel du lithium ternaire.

Pour ces piles au lithium, il existe généralement trois moyens d'augmenter la densité énergétique, en particulier la densité énergétique volumétrique : la tension de fonctionnement, la densité de remplissage et la capacité spécifique à la masse. Expliquons chacune d'entre elles. La tension de fonctionnement implique le mécanisme de réaction de la LFP, qui diffère considérablement du lithium ternaire en ce sens que la cathode de la LFP présente principalement deux phases stables pendant la charge et la décharge : la phase Fe2+ et la phase Fe3+. Cela signifie que le processus de charge et de décharge est essentiellement un processus de migration à deux phases, où une phase se transforme en une autre. Il en résulte une plate-forme de tension stable d'environ 3,4 V pour le LFP, qui est maintenue pendant une longue période.

Le lithium ternaire, quant à lui, présente une transition monophasique pendant la charge et la décharge, les ions lithium s'intercalant et se désintercalant continuellement sans interface de phase claire. Cela conduit à une courbe de tension plus raide pour le lithium ternaire, sans plate-forme de tension claire, changeant au fur et à mesure que la concentration d'ions lithium varie. C'est pourquoi la détermination de la charge de la batterie dans le lithium ternaire est plus précise, alors que la LFP nécessite un étalonnage régulier, car la charge de la batterie est déterminée par la détection des niveaux de tension.

La tension de fonctionnement de la LFP est en fait fournie par la réaction d'oxydoréduction des ions de fer à 3,4 volts. Les éléments phosphore et oxygène ne jouent qu'un rôle dans la stabilité structurelle et la transmission des canaux. En raison du mécanisme de réaction, il est difficile d'augmenter la plate-forme de tension de la LFP, car elle est déterminée par la structure cristalline, et les possibilités de changement sont très faibles. Par conséquent, l'augmentation de la tension de fonctionnement est une voie difficile.

Une autre solution consiste à augmenter la densité d'empaquetage, en rendant le matériau de la cathode de la LFP plus compact. La densité théorique de la LFP est de 3,6 grammes par centimètre cube, alors que la LFP commerciale actuelle a une densité d'emballage d'environ 2,4 à 2,5 grammes par centimètre cube. Cela indique qu'il y a encore beaucoup de place pour l'amélioration. En ce qui concerne la densité de compactage, les améliorations apportées par l'industrie proviennent principalement de trois aspects : l'amélioration des matières premières et des procédés, l'amélioration du processus de frittage et la distribution de la taille des particules.

Le dernier moyen d'augmenter la densité énergétique est la capacité spécifique à la masse, c'est-à-dire la quantité de charge par unité de masse de matériau cathodique qui peut être stockée ou libérée. D'après la formule chimique du LFP, une mole de LFP ne peut intercaler qu'une mole d'ions lithium, ce qui correspond à une capacité théorique spécifique à la masse de 170 milliampères-heure par gramme. En réalité, la capacité des batteries LFP commerciales n'est que d'environ 130, et elle peut être inférieure en cas d'utilisation à haut débit. Ce problème de capacité limite considérablement la densité énergétique des piles LFP.

Le mécanisme électrochimique sous-jacent est la performance cinétique du matériau de la cathode, c'est-à-dire la conductivité des électrons et des ions lithium. Si la conductivité est très faible, le matériau de la cathode ne peut pas être pleinement utilisé, ce qui signifie que son efficacité d'utilisation est faible. L'essentiel est d'améliorer les performances cinétiques pour s'approcher le plus possible de la valeur théorique. Il est important de noter que le LFP est un semi-conducteur et que sa conductivité électronique n'est pas intrinsèquement avantageuse. Le canal de transport des ions lithium est également un canal interstitiel avec un faible coefficient de diffusion.

Ainsi, malgré son excellente stabilité structurelle, la conductivité est un inconvénient important. Du point de vue de l'industrie, l'amélioration de la conductivité électronique passe principalement par la nanocristallisation, le revêtement de carbone et le dopage. Actuellement, la plupart des batteries LFP commerciales contiennent des particules LFP nanométriques avec des revêtements de carbone, formant un réseau conducteur pour améliorer la conductivité. Toutefois, la densité de la couche de carbone est faible, de sorte que cette mesure s'exclut mutuellement avec la densité d'empilement, ce qui nécessite des améliorations globales de la formulation et des processus de la source de carbone.

En ce qui concerne les taux de diffusion des ions lithium, les mêmes méthodes sont utilisées car, pendant la charge et la décharge, la diffusion des ions lithium et la conduction des électrons sont couplées. Par exemple, pendant la décharge, un ion lithium provient de l'anode et un électron arrive simultanément par le circuit externe. Par conséquent, l'amélioration du taux de diffusion des ions lithium passe également par la nanocristallisation, le revêtement de carbone et le dopage. Selon des articles professionnels, le manganèse est un élément dopant prometteur. En fait, le phosphate de fer et de manganèse de lithium est lui-même un matériau de cathode, et la plate-forme de tension provoquée par l'oxydation des ions de manganèse peut atteindre 4,1 volts, ce qui peut augmenter de manière significative la densité énergétique sans augmenter les coûts de manière significative.

Toutefois, en raison de la conductivité électronique encore plus faible du phosphate de lithium-manganèse-fer, les processus de modification existants ne peuvent pas compenser cet inconvénient, de sorte que ce matériau cathodique est actuellement peu présent sur le marché. Les ions manganèse étant chimiquement similaires aux ions fer, ils peuvent être présents uniformément dans la structure cristalline dans n'importe quelle proportion, ce qui permet d'améliorer le dopage. En outre, comme le rayon des ions manganèse est légèrement plus grand, le remplacement partiel du fer par le manganèse peut élargir le cristal pour améliorer l'effet de diffusion des ions lithium.

Il semblerait que les fabricants nationaux aient déjà commencé la recherche et le développement de matériaux à base de phosphate de fer et de manganèse-lithium. En outre, le processus de synthèse de l'ensemble du matériau de la cathode LFP est également optimisé en permanence. En contrôlant autant que possible les défauts internes, la taille des particules et les voies de transmission, la densité énergétique peut être améliorée dans une certaine mesure.

On peut affirmer que l'évolution technologique de la fibre optique légère se poursuit et que sa densité énergétique continuera de s'améliorer à l'avenir. Si l'on considère que la fibre thermoplastique présente également une excellente stabilité thermique, une longue durée de vie et des coûts de matières premières relativement peu élevés, ses perspectives d'avenir sont très vastes.

LA VOIE DE L'ARAIGNÉE LFP Phosphate de fer lithié Batterie: Alimenter les véhicules industriels avec précision et performance

Dans le domaine des solutions d'alimentation des véhicules industriels, LA VOIE DE L'ARAIGNÉE Les batteries LFP (lithium fer phosphate) se sont taillé une place de choix, offrant un mélange de hautes performances, de sécurité et de fiabilité. Ces batteries sont spécialement conçues pour répondre aux exigences rigoureuses des applications industrielles, où les performances et la durabilité sont primordiales.

Applications dans les véhicules industriels

Les batteries SPIDERWAY LFP sont largement utilisées dans toute une gamme de véhicules industriels. Elles sont le cœur des chariots élévateurs, des voiturettes de golf, des nacelles élévatrices et bien d'autres encore, fournissant l'énergie régulière dont ces véhicules ont besoin pour remplir efficacement leurs fonctions.

Avantages du produit et de la marque

Les avantages des batteries SPIDERWAY LFP sont multiples :

Haute performance: Ces batteries offrent une puissance et une efficacité exceptionnelles, ce qui permet aux véhicules industriels de donner le meilleur d'eux-mêmes sans compromis.
Chargement rapide: Minimisant les temps d'arrêt, ces batteries permettent une charge rapide, ce qui maximise la productivité en maintenant les machines en fonctionnement plus longtemps.
Sécurité et stabilité: Equipées de systèmes de gestion de batterie (BMS) avancés, les batteries SPIDERWAY garantissent un fonctionnement sûr tout au long du processus de charge, réduisant ainsi le risque d'accident.
Longévité: D'une durée de vie remarquable, ces piles sont garanties 10 ans, offrant valeur et fiabilité sur le long terme.
Respect de l'environnement: Les batteries SPIDERWAY LFP sont fabriquées à partir de matériaux non toxiques et sans métaux lourds, ce qui correspond à l'importance croissante accordée au développement durable dans le monde.

Ligne de production automatisée et économies d'échelle

ActualitésAnalyse de l'avantage concurrentiel de l'industrie chinoise des piles au lithium — Analyse de l'avantage concurrentiel de l'industrie chinoise des piles au lithium

NewsLes avantages des fabricants chinois de batteries de chariots élévateurs OEM — Analyse de l'avantage concurrentiel de l'industrie chinoise des piles au lithium

SPIDERWAY a mis en place une chaîne de production automatisée de pointe, qui permet une fabrication de précision et une production efficace. Cela permet non seulement de garantir des normes de haute qualité pour tous les produits, mais aussi de tirer parti des économies d'échelle pour proposer des prix compétitifs. La production annuelle de l'entreprise dépasse les 10 000 piles au lithium, ce qui lui permet de répondre efficacement à la demande croissante du marché.

Compétitivité des prix

En maîtrisant le processus de production et en maintenant une chaîne d'approvisionnement solide, SPIDERWAY est en mesure de fournir des batteries LFP de haute qualité à des prix compétitifs. Cette compétitivité des prix est étayée par l'engagement de l'entreprise en matière de gestion des coûts规范化, ce qui garantit que la qualité n'est jamais compromise, mais que les clients bénéficient des avantages de coûts de production optimisés.

Qualité supérieure Batterie LFP Cellules des meilleurs fournisseurs

Soulignant son engagement en matière de qualité, SPIDERWAY s'approvisionne en cellules de batterie LFP exclusivement auprès de quatre fournisseurs de premier plan : BYD, CATL, EVE Energy et LISEHN. Ces fournisseurs sont réputés pour leurs cellules LFP de qualité A, dont les performances et la fiabilité ont été vérifiées. Les batteries SPIDERWAY répondent ainsi aux exigences rigoureuses de diverses applications industrielles, ce qui constitue une excellente garantie pour les utilisateurs.

Les batteries SPIDERWAY LFP témoignent de l'engagement de l'entreprise en faveur de l'innovation, de la qualité et de la satisfaction des clients. Alors que le monde évolue vers des solutions énergétiques plus durables et plus efficaces, SPIDERWAY est à l'avant-garde, offrant aux véhicules industriels la puissance dont ils ont besoin pour donner le meilleur d'eux-mêmes.

Profil de l'auteur

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

SpiderWay LiFePO4 battery sales engineer with ten years of experience in industrial vehicle batteries, ready to answer any questions you may have about industrial LiFePO4 battery products.