Wetenschappelijk hoofd van BYD: LiFePO4 lithium-ijzerfosfaatbatterijen worden over 20 jaar niet uitgefaseerd

NieuwsLiFePO4 Lithium ijzer fosfaat batterij productieproces en productietechnologie

8 oktober 2024

“Lithium iron phosphate (LFP) batterijen 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 batterijen 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.

De reden voor de dominantie van LFP is grotendeels te danken aan de kristalsamenstelling en -structuur. LFP behoort chemisch tot de olivijnstructuur en de sterke driedimensionale chemische bindingen gevormd door de fosfaatgroep geven het een uitstekende thermodynamische en kinetische stabiliteit. Sinds de eerste rapportering in 1997 is LFP als kathodemateriaal gestructureerd met het oog op stabiliteit, wat de fundamentele premisse is voor de commercialisering ervan. Dit zorgt ervoor dat de batterij niet snel structureel instort tijdens gebruik als lithiumionen intercaleren en de-intercaleren. Bovendien geven de overvloed en lage kosten van fosfor- en ijzerelementen LFP een sterk kostenvoordeel.

Het bekendste voordeel is het hoge veiligheidsprofiel. Onderzoek naar het thermische wegloopgedrag van de twee soorten batterijen onder verhittingsomstandigheden laat zien dat LFP alleen een grote hoeveelheid rook afgeeft zonder te verbranden, met een hoogste temperatuur van meer dan 500 graden Celsius. Ternaire lithium daarentegen laat niet alleen rook vrij, maar verbrandt ook hevig, met een hoogste temperatuur van meer dan 1000 graden Celsius. Vanuit een thermisch perspectief is de warmteafgifte van LFP 0,162 megajoule en de snelheid 1,81 kilowatt, terwijl ternaire lithium 3,147 megajoule afgeeft, met een snelheid van 134,85 kilowatt. Deze gegevens wijzen op een significant verschil in de prestaties van de twee soorten accu's onder thermische wegloopomstandigheden.

Vooral vanuit het oogpunt van snelheid is het gevaar van ternair lithium erg groot. Dit betekent dat in het geval van thermische runaway, LFP meer tijd biedt voor ontsnapping en verwerking, terwijl ternaire lithium in een oogwenk de controle verliest. Daarom is het installatievolume van LFP ver vooruit omdat de betere inherente veiligheid de moeilijkheid en kosten van thermisch beheer op systeemniveau kan verminderen.

Voor veel modellen in het midden- en topsegment is LFP de beste keuze. Voor veel modellen in het midden- tot topsegment is ternaire lithium momenteel echter een onvermijdelijke optie voor een beter uithoudingsvermogen. Vanuit het oogpunt van energiedichtheid is LFP niet zo goed als ternaire lithium in termen van massadichtheid en volumetrische dichtheid. In termen van massa ligt LFP voornamelijk rond 140 tot 180 wattuur per kilogram, terwijl ternaire lithium voornamelijk rond 200 tot 260 wattuur per kilogram ligt.

Volumetrisch gezien is LFP ongeveer 300 tot 400 wattuur per liter, terwijl ternaire lithium ongeveer 500 tot 700 wattuur per liter is. Natuurlijk zijn er producten in het hogere segment die al door het referentiebereik heen zijn gebroken, maar over het geheel genomen is het verschil in energie tussen de twee erg duidelijk, vooral het verschil in volumetrische energiedichtheid. Het massaverschil is niet bijzonder drastisch en mainstream technologieën zoals CTP, CTC en CTB kunnen dit compenseren op pack- of voertuigniveau, maar het volume is een grotere uitdaging vanwege de beperkte ruimte in het batterijcompartiment.

Aangezien LFP geen voordelen heeft in massa of volume, kiezen sommige high-end modellen voor lange duurervaringen meestal niet voor LFP. De hamvraag hier is of LFP het huidige niveau van ternair lithium kan inhalen. Als we naar de individuele cel kijken, zou deze het tempo van ternair lithium niet moeten kunnen bijhouden, maar hij kan zeker het huidige niveau van ternair lithium bereiken.

Voor dergelijke lithiumbatterijen zijn er meestal drie manieren om de energiedichtheid te verhogen, vooral de volumetrische energiedichtheid: werkspanning, verpakkingsdichtheid en massaspecifieke capaciteit. Laten we ze allemaal uitleggen. De werkspanning heeft te maken met het reactiemechanisme van LFP, dat aanzienlijk verschilt van ternaire lithium, omdat de kathode van LFP voornamelijk twee stabiele fasen heeft tijdens het laden en ontladen: de Fe2+ fase en de Fe3+ fase. Dit betekent dat het laad- en ontlaadproces in wezen een migratieproces in twee fasen is, waarbij de ene fase overgaat in de andere. Dit resulteert in een stabiel spanningsplatform van ongeveer 3,4V voor LFP, dat lange tijd behouden blijft.

Ternair lithium heeft daarentegen een éénfase overgang tijdens het laden en ontladen, waarbij lithiumionen continu intercaleren en de-intercaleren zonder een duidelijk fase-interface. Dit leidt tot een steilere spanningscurve voor ternair lithium, zonder een duidelijk spanningsplatform dat verandert als de lithiumionconcentratie varieert. Daarom is de bepaling van de batterijlading bij ternair lithium nauwkeuriger, terwijl LFP regelmatig gekalibreerd moet worden, omdat de batterijlading wordt bepaald door het detecteren van spanningsniveaus.

De werkspanning van LFP wordt feitelijk geleverd door de redoxreactie van ijzerionen bij 3,4 volt. Fosfor- en zuurstofelementen spelen alleen een rol in de structurele stabiliteit en kanaaloverdracht. Vanwege het reactiemechanisme is het spanningsplatform van LFP moeilijk te verhogen, omdat het wordt bepaald door de kristalstructuur en de ruimte voor verandering erg klein is. Daarom is het verhogen van de werkspanning een moeilijke weg.

Een andere route is het verhogen van de verpakkingsdichtheid, waardoor het kathodemateriaal van LFP compacter wordt. De theoretische dichtheid van LFP is 3,6 gram per kubieke centimeter, terwijl de huidige commerciële LFP een verpakkingsdichtheid heeft van ongeveer 2,4 tot 2,5 gram per kubieke centimeter. Dit geeft aan dat er nog veel ruimte is voor verbetering. Op het gebied van verpakkingsdichtheid zijn de verbeteringen van de industrie voornamelijk te danken aan drie aspecten: verbetering van grondstoffen en procesroutes, verbetering van het sinterproces en verdeling van de deeltjesgrootte.

De laatste manier om de energiedichtheid te verhogen is massaspecifieke capaciteit, wat de hoeveelheid lading per massa-eenheid kathodemateriaal is die kan worden opgeslagen of vrijgegeven. Uit de chemische formule van LFP blijkt dat één mol LFP slechts één mol lithiumionen kan interkalken, wat overeenkomt met een theoretische massaspecifieke capaciteit van 170 milliampère-uur per gram. In werkelijkheid is de capaciteit van commerciële LFP-batterijen slechts ongeveer 130, en deze kan lager zijn bij snel gebruik. Dit capaciteitsprobleem is een belangrijke beperking voor de energiedichtheid van LFP.

Het onderliggende elektrochemische mechanisme is de kinetische prestatie van het kathodemateriaal, dat wil zeggen de geleidbaarheid van elektronen en lithiumionen. Als de geleidbaarheid erg laag is, kan het kathodemateriaal niet volledig worden benut, wat betekent dat de benuttingsefficiëntie laag is. De sleutel is het verbeteren van de kinetische prestaties om de theoretische waarde zoveel mogelijk te benaderen. Het is belangrijk op te merken dat LFP een halfgeleider is en dat zijn elektronische geleidbaarheid niet inherent voordelig is. Het lithiumiontransportkanaal is ook een interstitieel kanaal met een lage diffusiecoëfficiënt.

Ondanks de uitstekende structurele stabiliteit is geleiding dus een belangrijk nadeel. Vanuit het perspectief van de industrie wordt verbetering van de elektronische geleidbaarheid voornamelijk bereikt door nanokristallisatie, koolstofcoating en doping. Momenteel bevatten de meeste commerciële LFP-batterijen LFP-deeltjes op nanoschaal met een koolstofcoating die een geleidend netwerk vormt om de geleidbaarheid te verbeteren. De dichtheid van de koolstofcoatinglaag is echter laag, dus deze maatregel is wederzijds exclusief met verpakkingsdichtheid, waardoor uitgebreide verbeteringen in de formulering van koolstofbronnen en processen nodig zijn.

Voor de verspreiding van lithiumionen worden dezelfde methoden gebruikt omdat tijdens het laden en ontladen de verspreiding van lithiumionen en de geleiding van elektronen gekoppeld zijn. Tijdens het ontladen komt er bijvoorbeeld een lithiumion van de anode en tegelijkertijd komt er ook een elektron door het externe circuit. Daarom wordt het verbeteren van de diffusiesnelheid van lithiumionen ook benaderd door nanokristallisatie, koolstofcoating en doping. Volgens professionele publicaties is mangaan een veelbelovend dopingelement. In feite is lithiummangaanijzerfosfaat zelf een kathodemateriaal, en het spanningsplatform dat wordt veroorzaakt door de oxidatie van mangaanionen is wel 4,1 volt, wat de energiedichtheid aanzienlijk kan verhogen zonder de kosten aanzienlijk te verhogen.

Vanwege de nog lagere elektronische geleidbaarheid van lithiummangaanijzerfosfaat kunnen de bestaande modificatieprocessen dit nadeel echter niet compenseren, waardoor er momenteel weinig van dit kathodemateriaal op de markt is. Omdat mangaanionen chemisch vergelijkbaar zijn met ijzerionen, kunnen ze in elke verhouding uniform aanwezig zijn in de kristalstructuur, waardoor dopingverbeteringen mogelijk zijn. Omdat de straal van mangaanionen iets groter is, kan het gedeeltelijk vervangen van ijzer door mangaan het kristal uitbreiden om het diffusie-effect van lithiumionen te verbeteren.

Naar verluidt zijn binnenlandse fabrikanten al begonnen met het onderzoek naar en de ontwikkeling van lithium mangaan ijzerfosfaat materialen. Naast het bovenstaande wordt ook het syntheseproces van het gehele LFP-kathodemateriaal voortdurend geoptimaliseerd. Door interne defecten, deeltjesgrootte en transmissiepaden zoveel mogelijk onder controle te houden, kan de energiedichtheid nog enigszins worden verbeterd.

We kunnen bevestigen dat de technologische evolutie van LFP nog steeds aan de gang is en dat de energiedichtheid ervan in de toekomst zal blijven verbeteren. Aangezien LFP ook een uitstekende thermische stabiliteit, een lange levensduur en relatief lage grondstofkosten heeft, zijn de vooruitzichten voor de toekomst vrij ruim.

SPIDERWAY LFP Lithium Iron Phosphate Batterij: 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.

Toepassingen in industriële voertuigen

SPIDERWAY LFP accu's worden op grote schaal toegepast in een spectrum van industriële voertuigen. Ze vormen de hartslag van vorkheftrucks, golfkarretjes, hoogwerkers en nog veel meer en leveren de constante energie die deze voertuigen nodig hebben om hun functies efficiënt uit te voeren.

Product- en merkvoordelen

De voordelen van SPIDERWAY LFP accu's zijn legio:

Hoge prestaties: Deze batterijen leveren uitzonderlijk vermogen en efficiëntie, zodat industriële voertuigen optimaal kunnen presteren zonder compromissen.
Snel opladen: Deze accu's zorgen voor minimale stilstandtijd en kunnen snel worden opgeladen, waardoor de productiviteit wordt gemaximaliseerd doordat machines langer in bedrijf blijven.
Veiligheid en stabiliteit: Uitgerust met geavanceerde Battery Management Systems (BMS), zorgen SPIDERWAY accu's voor een veilige werking tijdens het laadproces, waardoor de kans op ongelukken afneemt.
Levensduur: Met een opmerkelijke levensduur worden deze batterijen geleverd met 10 jaar garantie, waardoor ze waarde en betrouwbaarheid bieden op de lange termijn.
Milieuvriendelijk: SPIDERWAY LFP accu's zijn gemaakt van niet-giftige, niet-zware metalen materialen, in lijn met de groeiende wereldwijde nadruk op duurzaamheid.

Geautomatiseerde productielijn en schaalvoordelen

NieuwsAnalyse van het concurrentievoordeel van de Chinese lithiumbatterijsector — Analyse van het concurrentievoordeel van de Chinese lithiumbatterijindustrie

NieuwsDe voordelen van Chinese OEM-fabrieken van vorkheftruckbatterijen — Analyse van het concurrentievoordeel van de Chinese lithiumbatterijindustrie

SPIDERWAY heeft een ultramoderne geautomatiseerde productielijn opgezet, die precisiefabricage en efficiënte uitvoer mogelijk maakt. Dit zorgt niet alleen voor hoge kwaliteitsnormen voor alle producten, maar maakt ook gebruik van de schaalvoordelen om concurrerende prijzen te kunnen bieden. Het bedrijf produceert jaarlijks meer dan 10.000 lithiumbatterijen en voldoet daarmee efficiënt aan de groeiende vraag van de markt.

Prijsconcurrentievermogen

Door het productieproces te beheersen en een robuuste toeleveringsketen te onderhouden, kan SPIDERWAY zijn LFP-batterijen van hoge kwaliteit leveren tegen concurrerende prijzen. Deze concurrerende prijzen worden ondersteund door de toewijding van het bedrijf aan kostenbeheersing规范化, zodat de kwaliteit nooit in gevaar komt en klanten kunnen profiteren van de voordelen van geoptimaliseerde productiekosten.

Premium Grade LFP Batterij Cells from Top Suppliers

SPIDERWAY onderstreept zijn streven naar kwaliteit en betrekt zijn LFP-batterijcellen uitsluitend van vier topleveranciers: BYD, CATL, EVE Energy en LISEHN. Deze leveranciers staan bekend om hun A-kwaliteit LFP-cellen, die zijn doorgelicht op prestaties en betrouwbaarheid. Dit zorgt ervoor dat SPIDERWAY accu's voldoen aan de strenge eisen van diverse industri苛刻的工况要求 .

SPIDERWAY LFP accu's zijn een bewijs van de toewijding van het bedrijf aan innovatie, kwaliteit en klanttevredenheid. Nu de wereld evolueert naar meer duurzame en efficiënte energieoplossingen, staat SPIDERWAY aan de spits en biedt industriële voertuigen de kracht die ze nodig hebben om optimaal te presteren.

Profiel auteur

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

SpiderWay LiFePO4 accu verkoper met tien jaar ervaring in industriële voertuigaccu's, klaar om al uw vragen te beantwoorden over industriële LiFePO4 accu producten.