Lo scienziato capo di BYD: Le batterie al litio ferro fosfato LiFePO4 non saranno eliminate entro 20 anni

NewsLiFePO4 Processo di produzione e tecnologia di produzione delle batterie al litio ferro fosfato

8 ottobre 2024

"Il litio ferro fosfato (LFP) batterie potrebbe non essere eliminata nei prossimi 20 anni", ha dichiarato Lian Yubo, Chief Scientist di BYD. Questo punto di vista è condiviso nel contesto delle tecnologie a stato solido. batterie già sull'orlo della commercializzazione. Ha senso tutto ciò? O il percorso tecnologico del litio ferro fosfato finirà per essere abbandonato?

In questo video approfondiamo l'argomento. Innanzitutto, è importante sapere che nel mercato cinese, LFP è attualmente l'attore dominante, con un volume di installazioni che ha superato quello del litio ternario per tre anni consecutivi. Secondo statistiche autorevoli, da gennaio a luglio 2024, il volume di installazione del litio ternario nel settore dei veicoli elettrici è stato pari a 30%, mentre il litio ternario ha superato quello del litio ternario. LFP per il 70%. Ciò indica che la LFP è attualmente la scelta principale per le batterie di potenza, soprattutto grazie ai suoi straordinari vantaggi in termini di sicurezza, durata del ciclo e costi di approvvigionamento rispetto al litio ternario.

La ragione del predominio della LFP è in gran parte dovuta alla sua composizione e struttura cristallina. LFP appartiene chimicamente alla struttura dell'olivina e i forti legami chimici tridimensionali formati dal gruppo fosfato gli conferiscono un'eccellente stabilità termodinamica e cinetica. Sin dalla sua prima segnalazione nel 1997, l'LFP come materiale catodico è stato strutturato per la stabilità, che è la premessa fondamentale per la sua commercializzazione. Ciò garantisce che la batteria non collassi facilmente dal punto di vista strutturale durante il funzionamento, quando gli ioni di litio si intercalano e si deintercalano. Inoltre, l'abbondanza e il basso costo degli elementi fosforo e ferro conferiscono al LFP un forte vantaggio in termini di costi.

Il suo vantaggio più noto è l'elevato profilo di sicurezza. Gli studi sul comportamento di fuga termica dei due tipi di batterie in condizioni di riscaldamento mostrano che il LFP rilascia solo una grande quantità di fumo senza combustione, con una temperatura massima di oltre 500 gradi Celsius. Al contrario, il litio ternario non solo rilascia fumo ma brucia anche violentemente, con una temperatura massima che supera i 1000 gradi Celsius. Da un punto di vista termico, il rilascio di calore del LFP è di 0,162 megajoule e il tasso è di 1,81 kilowatt, mentre il litio ternario rilascia 3,147 megajoule, con un tasso di 134,85 kilowatt. Questi dati indicano una differenza significativa tra le prestazioni dei due tipi di batterie in condizioni di fuga termica.

Soprattutto dal punto di vista del tasso, il rischio del litio ternario è molto elevato. Ciò significa che, in caso di fuga termica, l'LFP offre un tempo sufficiente per la fuga e la gestione, mentre il litio ternario perde il controllo in un istante. Pertanto, il volume di installazione dell'LFP è di gran lunga superiore perché la sua migliore sicurezza intrinseca può ridurre la difficoltà e il costo della gestione termica a livello di sistema.

Per molti modelli di fascia medio-bassa, l'LFP è la scelta migliore. Tuttavia, per molti modelli di fascia medio-alta, per garantire una migliore resistenza, il litio ternario è attualmente un'opzione inevitabile. Dal punto di vista della densità energetica, l'LFP non è all'altezza del litio ternario sia in termini di densità di massa che di densità volumetrica. In termini di massa, il LFP si aggira tra i 140 e i 180 wattora per chilogrammo, mentre il litio ternario si aggira tra i 200 e i 260 wattora per chilogrammo.

Da un punto di vista volumetrico, il LFP si aggira tra i 300 e i 400 wattora per litro, mentre il litio ternario si aggira tra i 500 e i 700 wattora per litro. Naturalmente, alcuni prodotti di fascia alta hanno già superato l'intervallo di riferimento, ma nel complesso il divario energetico tra i due prodotti è molto evidente, soprattutto per quanto riguarda la densità energetica volumetrica. La differenza di massa non è particolarmente drastica e le tecnologie mainstream come CTP, CTC e CTB possono compensare a livello di pacco o di veicolo, ma il volume è più impegnativo a causa dello spazio limitato nel vano batteria.

Dato che l'LFP non presenta vantaggi in termini di massa o volume, alcuni modelli di fascia alta per esperienze di lunga durata di solito non scelgono l'LFP. La domanda chiave è se l'LFP possa raggiungere il livello attuale del litio ternario. Se consideriamo la singola cella, non dovrebbe essere in grado di tenere il passo del litio ternario, ma può certamente raggiungere il livello attuale del litio ternario.

Per queste batterie al litio, di solito ci sono tre strade per aumentare la densità di energia, in particolare la densità di energia volumetrica: la tensione di lavoro, la densità di impaccamento e la capacità specifica della massa. Spieghiamo ciascuno di essi. La tensione di lavoro coinvolge il meccanismo di reazione delle LFP, che differisce significativamente dal litio ternario in quanto il catodo delle LFP presenta principalmente due fasi stabili durante la carica e la scarica: la fase Fe2+ e la fase Fe3+. Ciò significa che il processo di carica e scarica è essenzialmente un processo di migrazione a due fasi, in cui una fase si trasforma in un'altra. Ciò si traduce in una piattaforma di tensione stabile di circa 3,4 V per LFP, che viene mantenuta per lungo tempo.

Il litio ternario, invece, presenta una transizione monofase durante la carica e la scarica, con ioni di litio che si intercalano e si deintercalano continuamente senza una chiara interfaccia di fase. Ciò comporta una curva di tensione più ripida per il litio ternario, senza una chiara piattaforma di tensione, che cambia al variare della concentrazione di ioni di litio. Per questo motivo la determinazione della carica della batteria nel litio ternario è più precisa, mentre l'LFP richiede una calibrazione regolare, poiché la carica della batteria viene determinata rilevando i livelli di tensione.

La tensione di lavoro della LFP è in realtà fornita dalla reazione redox degli ioni di ferro a 3,4 volt. Gli elementi di fosforo e ossigeno svolgono un ruolo solo nella stabilità strutturale e nella trasmissione del canale. A causa del meccanismo di reazione, la piattaforma di tensione della LFP è difficile da aumentare, poiché è determinata dalla struttura cristallina e il margine di variazione è molto ridotto. Pertanto, l'aumento della tensione di lavoro è un percorso difficile.

Un'altra strada è quella di aumentare la densità di impaccamento, rendendo il materiale catodico dell'LFP più compatto. La densità teorica dell'LFP è di 3,6 grammi per centimetro cubo, mentre l'attuale LFP commerciale ha una densità di imballaggio di circa 2,4-2,5 grammi per centimetro cubo. Ciò indica che c'è ancora molto margine di miglioramento. In termini di densità di imballaggio, i miglioramenti dell'industria derivano principalmente da tre aspetti: il miglioramento delle materie prime e dei processi, il miglioramento del processo di sinterizzazione e la distribuzione delle dimensioni delle particelle.

L'ultima direzione per aumentare la densità energetica è la capacità specifica di massa, ovvero la quantità di carica per unità di massa di materiale catodico che può essere immagazzinata o rilasciata. Dalla formula chimica del LFP, una mole di LFP può intercalare solo una mole di ioni di litio, il che corrisponde a una capacità specifica di massa teorica di 170 milliampora per grammo. In realtà, la capacità delle batterie LFP commerciali è solo di circa 130, e può essere inferiore in caso di utilizzo ad alta velocità. Questo problema di capacità è un limite significativo alla densità energetica delle LFP.

Il meccanismo elettrochimico sottostante è la prestazione cinetica del materiale catodico, cioè la conduttività degli elettroni e degli ioni di litio. Se la conduttività è molto bassa, il materiale catodico non può essere utilizzato completamente, il che significa che la sua efficienza di utilizzo è bassa. La chiave è migliorare le prestazioni cinetiche per avvicinarsi il più possibile al valore teorico. È importante notare che la LFP è un semiconduttore e la sua conduttività elettronica non è intrinsecamente vantaggiosa. Il canale di trasporto degli ioni di litio è anche un canale interstiziale con un basso coefficiente di diffusione.

Pertanto, nonostante l'eccellente stabilità strutturale, la conduttività rappresenta un notevole svantaggio. Dal punto di vista dell'industria, il miglioramento della conduttività elettronica si ottiene principalmente attraverso la nanocristallizzazione, il rivestimento di carbonio e il drogaggio. Attualmente, la maggior parte delle batterie LFP commerciali contiene particelle LFP in scala nanometrica con rivestimenti di carbonio, che formano una rete conduttiva per migliorare la conduttività. Tuttavia, la densità dello strato di rivestimento di carbonio è bassa, quindi questa misura si esclude a vicenda con la densità di impaccamento, richiedendo miglioramenti completi nella formulazione e nei processi delle fonti di carbonio.

Per quanto riguarda la velocità di diffusione degli ioni di litio, vengono utilizzati gli stessi metodi perché durante la carica e la scarica la diffusione degli ioni di litio e la conduzione degli elettroni sono accoppiate. Ad esempio, durante la scarica, uno ione di litio proviene dall'anodo e contemporaneamente arriva un elettrone attraverso il circuito esterno. Pertanto, il miglioramento del tasso di diffusione degli ioni di litio viene affrontato anche attraverso la nanocristallizzazione, il rivestimento in carbonio e il drogaggio. Secondo i documenti professionali, il manganese è un promettente elemento di drogaggio. Infatti, il fosfato di ferro e manganese di litio è di per sé un materiale catodico e la piattaforma di tensione generata dall'ossidazione degli ioni di manganese raggiunge i 4,1 volt, il che può aumentare significativamente la densità energetica senza aumentare i costi.

Tuttavia, a causa della conducibilità elettronica ancora più bassa del fosfato di ferro e manganese di litio, i processi di modifica esistenti non sono in grado di compensare questo svantaggio, per cui attualmente il materiale catodico è poco presente sul mercato. Poiché gli ioni di manganese sono chimicamente simili agli ioni di ferro, possono essere presenti in modo uniforme nella struttura cristallina in qualsiasi proporzione, consentendo di migliorare il drogaggio. Inoltre, poiché il raggio degli ioni di manganese è leggermente più grande, la sostituzione parziale del ferro con il manganese può espandere il cristallo per migliorare l'effetto di diffusione degli ioni di litio.

Si dice che i produttori nazionali abbiano già avviato la ricerca e lo sviluppo di materiali a base di litio manganese ferro fosfato. Oltre a quanto sopra, anche il processo di sintesi dell'intero materiale catodico LFP viene continuamente ottimizzato. Controllando il più possibile i difetti interni, le dimensioni delle particelle e i percorsi di trasmissione, è possibile migliorare ulteriormente la densità energetica.

Si può affermare che l'evoluzione tecnologica del LFP è ancora in corso e la sua densità energetica continuerà a migliorare in futuro. Considerando che l'LFP mantiene anche un'eccellente stabilità termica, una lunga durata del ciclo di vita e costi relativamente bassi delle materie prime, le sue prospettive future sono molto ampie.

SPIDERWAY LFP Fosfato di ferro di litio Batteria: Alimentazione dei veicoli industriali con precisione e prestazioni

Nel campo delle soluzioni di alimentazione per veicoli industriali, SPIDERWAY Le batterie al litio ferro fosfato (LFP) LFP si sono ritagliate un posto di rilievo, offrendo una miscela di elevate prestazioni, sicurezza e affidabilità. Queste batterie sono progettate specificamente per soddisfare le rigorose esigenze delle applicazioni industriali, dove prestazioni e durata sono fondamentali.

Applicazioni nei veicoli industriali

Le batterie SPIDERWAY LFP sono ampiamente utilizzate in una vasta gamma di veicoli industriali. Sono il cuore pulsante di carrelli elevatori, golf cart, piattaforme aeree e altro ancora, fornendo l'energia costante di cui questi veicoli hanno bisogno per svolgere le loro funzioni in modo efficiente.

Vantaggi del prodotto e del marchio

I vantaggi delle batterie SPIDERWAY LFP sono molteplici:

Prestazioni elevate: Queste batterie offrono una potenza e un'efficienza eccezionali, garantendo ai veicoli industriali prestazioni ottimali senza compromessi.
Ricarica rapida: Riducendo al minimo i tempi di inattività, queste batterie consentono una ricarica rapida che massimizza la produttività mantenendo le macchine in funzione più a lungo.
Sicurezza e stabilità: Dotate di sistemi avanzati di gestione delle batterie (BMS), le batterie SPIDERWAY garantiscono un funzionamento sicuro durante l'intero processo di ricarica, riducendo il rischio di incidenti.
Longevità: Con una durata notevole, queste batterie sono coperte da una garanzia di 10 anni e offrono valore e affidabilità a lungo termine.
Ecologico: Le batterie SPIDERWAY LFP sono realizzate con materiali non tossici e non contenenti metalli pesanti, in linea con la crescente attenzione globale alla sostenibilità.

Linea di produzione automatizzata ed economie di scala

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SPIDERWAY ha creato una linea di produzione automatizzata all'avanguardia, che consente una produzione precisa ed efficiente. Questo non solo garantisce standard di alta qualità per tutti i prodotti, ma sfrutta anche le economie di scala per offrire prezzi competitivi. La produzione annuale dell'azienda supera le 10.000 batterie al litio, soddisfacendo in modo efficiente le crescenti richieste del mercato.

Competitività dei prezzi

Grazie alla padronanza del processo produttivo e al mantenimento di una solida catena di fornitura, SPIDERWAY è in grado di fornire batterie LFP di alta qualità a prezzi competitivi. Questa competitività di prezzo è sostenuta dall'impegno dell'azienda nella gestione dei costi规范化, assicurando che, mentre la qualità non scende mai a compromessi, i clienti godano dei benefici dell'ottimizzazione dei costi di produzione.

Grado Premium Batteria LFP Celle dei migliori fornitori

A dimostrazione del suo impegno per la qualità, SPIDERWAY si rifornisce di celle per batterie LFP esclusivamente da quattro fornitori di alto livello: BYD, CATL, EVE Energy e LISEHN. Questi fornitori sono noti per le loro celle LFP di grado A, che vengono controllate per quanto riguarda le prestazioni e l'affidabilità. In questo modo, le batterie SPIDERWAY soddisfano i severi requisiti di varie applicazioni industriali, fornendo una solida garanzia per苛刻的工况要求 .

Le batterie LFP SPIDERWAY testimoniano la dedizione dell'azienda all'innovazione, alla qualità e alla soddisfazione dei clienti. Mentre il mondo si muove verso soluzioni energetiche più sostenibili ed efficienti, SPIDERWAY è in prima linea, offrendo ai veicoli industriali l'energia di cui hanno bisogno per funzionare al meglio.

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L'ingegnere di vendita delle batterie LiFePO4 di SpiderWay, con dieci anni di esperienza nel settore delle batterie per veicoli industriali, è pronto a rispondere a qualsiasi domanda sui prodotti delle batterie LiFePO4 industriali.