Główny naukowiec BYD: Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe LiFePO4 nie zostaną wycofane w ciągu 20 lat

AktualnościLiFePO4 Proces produkcji akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych i technologia produkcji

8 października 2024 r.

"Fosforan litowo-żelazowy (LFP) baterie mogą nie zostać wycofane w ciągu najbliższych 20 lat", powiedział Lian Yubo, główny naukowiec w BYD. Ten punkt widzenia jest podzielany w kontekście półprzewodników baterie już na skraju komercjalizacji. Czy ma to sens? A może ścieżka technologiczna fosforanu litowo-żelazowego zostanie ostatecznie wycofana?

W tym filmie zagłębimy się w ten temat. Po pierwsze, ważne jest, aby wiedzieć, że na rynku chińskim, LFP jest obecnie dominującym graczem, a jego wolumen instalacji przewyższa wolumen trójskładnikowego litu przez trzy kolejne lata. Według wiarygodnych statystyk, od stycznia do lipca 2024 r., wolumen instalacji trójskładnikowego litu w sektorze pojazdów elektrycznych wyniósł 30%, podczas gdy LFP dla 70%. Wskazuje to, że LFP jest obecnie głównym wyborem dla akumulatorów zasilających, głównie ze względu na jego wyjątkowe zalety w zakresie bezpieczeństwa, cyklu życia i kosztów zakupu w porównaniu z trójskładnikowym litem.

Powodem dominacji LFP jest w dużej mierze jego skład krystaliczny i struktura. LFP chemicznie należy do struktury oliwinu, a silne trójwymiarowe wiązania chemiczne tworzone przez grupę fosforanową zapewniają mu doskonałą stabilność termodynamiczną i kinetyczną. Od czasu pierwszych doniesień w 1997 roku, LFP jako materiał katodowy ma strukturę zapewniającą stabilność, co jest podstawową przesłanką do jego komercjalizacji. Gwarantuje to, że bateria nie rozpadnie się łatwo strukturalnie podczas pracy, gdy jony litu interkalują i de-interkalują. Dodatkowo, obfitość i niski koszt pierwiastków fosforu i żelaza dają LFP znaczną przewagę kosztową.

Jego najbardziej znaną zaletą jest wysoki profil bezpieczeństwa. Badania nad niekontrolowanym rozładowaniem termicznym obu typów baterii w warunkach ogrzewania pokazują, że LFP uwalnia jedynie dużą ilość dymu bez spalania, a najwyższa temperatura osiąga ponad 500 stopni Celsjusza. Z kolei trójskładnikowy lit nie tylko uwalnia dym, ale także gwałtownie się pali, a najwyższa temperatura osiąga ponad 1000 stopni Celsjusza. Z perspektywy termicznej, uwalnianie ciepła przez LFP wynosi 0,162 megadżula, a szybkość 1,81 kilowata, podczas gdy trójskładnikowy lit uwalnia 3,147 megadżula, z szybkością 134,85 kilowata. Dane te wskazują na znaczącą różnicę w wydajności obu typów akumulatorów w warunkach rozruchu termicznego.

Szczególnie z perspektywy szybkości, zagrożenie związane z trójskładnikowym litem jest bardzo wysokie. Oznacza to, że w przypadku ucieczki termicznej LFP zapewnia więcej czasu na ucieczkę i obsługę, podczas gdy trójskładnikowy lit traci kontrolę w jednej chwili. Dlatego też ilość instalacji LFP jest znacznie większa, ponieważ jego lepsze bezpieczeństwo może zmniejszyć trudności i koszty zarządzania termicznego na poziomie systemu.

Dla wielu modeli ze średniej i niskiej półki, LFP jest najlepszym wyborem. Jednak w przypadku wielu modeli ze średniej i wyższej półki, aby zapewnić lepszą wytrzymałość, trójskładnikowy lit jest obecnie nieuniknioną opcją. Z perspektywy gęstości energii, LFP nie jest tak dobry jak trójskładnikowy lit, zarówno pod względem gęstości masy, jak i gęstości objętościowej. Pod względem masy, LFP to głównie około 140 do 180 watogodzin na kilogram, podczas gdy trójskładnikowy lit to głównie około 200 do 260 watogodzin na kilogram.

Z wolumetrycznego punktu widzenia, LFP to około 300 do 400 watogodzin na litr, podczas gdy trójskładnikowy lit to około 500 do 700 watogodzin na litr. Oczywiście niektóre produkty z wyższej półki już przebiły zakres referencyjny, ale ogólnie rzecz biorąc, różnica w energii między nimi jest bardzo oczywista, zwłaszcza różnica w objętościowej gęstości energii. Różnica w masie nie jest szczególnie drastyczna, a technologie głównego nurtu, takie jak CTP, CTC i CTB, mogą ją zrekompensować na poziomie pakietu lub pojazdu, ale objętość jest większym wyzwaniem ze względu na ograniczoną przestrzeń w komorze baterii.

Biorąc pod uwagę, że LFP nie ma przewagi pod względem masy lub objętości, niektóre wysokiej klasy modele o długiej żywotności zwykle nie wybierają LFP. Kluczowym pytaniem jest to, czy LFP może dogonić trójskładnikowy lit, aby osiągnąć obecny poziom trójskładnikowego litu. Jeśli spojrzymy na pojedyncze ogniwo, nie powinno ono być w stanie nadążyć za tempem trójskładnikowego litu, ale z pewnością może osiągnąć obecny poziom trójskładnikowego litu.

W przypadku takich baterii litowych istnieją zazwyczaj trzy sposoby na zwiększenie gęstości energii, zwłaszcza objętościowej gęstości energii: napięcie robocze, gęstość upakowania i pojemność właściwa dla masy. Wyjaśnijmy każdą z nich. Napięcie robocze wiąże się z mechanizmem reakcji LFP, który znacznie różni się od trójskładnikowego litu tym, że katoda LFP ma głównie dwie stabilne fazy podczas ładowania i rozładowywania: fazę Fe2+ i fazę Fe3+. Oznacza to, że proces ładowania i rozładowywania jest zasadniczo procesem migracji dwufazowej, w którym jedna faza zmienia się w drugą. Skutkuje to stabilną platformą napięcia około 3,4 V dla LFP, która jest utrzymywana przez długi czas.

Z drugiej strony, trójskładnikowy lit ma jednofazowe przejście podczas ładowania i rozładowywania, z jonami litu stale interkalującymi i de-interkalującymi bez wyraźnego interfejsu fazowego. Prowadzi to do bardziej stromej krzywej napięcia dla trójskładnikowego litu, bez wyraźnej platformy napięcia, zmieniającej się wraz ze zmianą stężenia jonów litu. Dlatego też określenie poziomu naładowania baterii w przypadku trójskładnikowego litu jest bardziej precyzyjne, podczas gdy LFP wymaga regularnej kalibracji, ponieważ poziom naładowania baterii jest określany poprzez wykrywanie poziomów napięcia.

Napięcie robocze LFP jest w rzeczywistości zapewniane przez reakcję redoks jonów żelaza przy napięciu 3,4 V. Pierwiastki fosforu i tlenu odgrywają jedynie rolę w stabilności strukturalnej i transmisji kanału. Ze względu na mechanizm reakcji, platforma napięciowa LFP jest trudna do zwiększenia, ponieważ jest określona przez strukturę krystaliczną, a zakres zmian jest bardzo mały. Dlatego zwiększenie napięcia roboczego jest trudną drogą.

Innym sposobem jest zwiększenie gęstości upakowania, dzięki czemu materiał katody LFP będzie bardziej zwarty. Teoretyczna gęstość LFP wynosi 3,6 grama na centymetr sześcienny, podczas gdy obecna komercyjna gęstość upakowania LFP wynosi około 2,4 do 2,5 grama na centymetr sześcienny. Wskazuje to, że nadal istnieje wiele możliwości poprawy. Jeśli chodzi o gęstość upakowania, ulepszenia w branży wynikają głównie z trzech aspektów: poprawy surowców i szlaków procesowych, poprawy procesu spiekania i rozkładu wielkości cząstek.

Ostatnim kierunkiem zwiększania gęstości energii jest pojemność specyficzna dla masy, czyli ilość ładunku na jednostkę masy materiału katody, która może być przechowywana lub uwalniana. Ze wzoru chemicznego LFP wynika, że jeden mol LFP może interkalować tylko jeden mol jonów litu, co odpowiada teoretycznej pojemności specyficznej dla masy wynoszącej 170 miliamperogodzin na gram. W rzeczywistości pojemność komercyjnych akumulatorów LFP wynosi tylko około 130, a może być niższa przy szybkim użytkowaniu. Ta kwestia pojemności jest znaczącym ograniczeniem gęstości energii LFP.

Podstawowym mechanizmem elektrochemicznym jest wydajność kinetyczna materiału katody, czyli przewodnictwo elektronów i jonów litu. Jeśli przewodność jest bardzo niska, materiał katody nie może być w pełni wykorzystany, co oznacza, że jego wydajność jest niska. Kluczem jest poprawa wydajności kinetycznej, aby zbliżyć się do wartości teoretycznej tak bardzo, jak to możliwe. Należy zauważyć, że LFP jest półprzewodnikiem, a jego przewodnictwo elektroniczne nie jest z natury korzystne. Kanał transportu jonów litu jest również kanałem śródmiąższowym o niskim współczynniku dyfuzji.

Tak więc, pomimo doskonałej stabilności strukturalnej, przewodność jest istotną wadą. Z perspektywy przemysłu, poprawa przewodnictwa elektronicznego jest osiągana głównie poprzez nanokrystalizację, powlekanie węglem i domieszkowanie. Obecnie większość komercyjnych akumulatorów LFP zawiera nanoskalowe cząstki LFP z powłokami węglowymi, tworząc sieć przewodzącą w celu zwiększenia przewodności. Jednak gęstość warstwy powłoki węglowej jest niska, więc ta miara wzajemnie wyklucza się z gęstością upakowania, co wymaga kompleksowych ulepszeń w formułowaniu i procesach źródła węgla.

Jeśli chodzi o kwestię szybkości dyfuzji jonów litu, stosowane są te same metody, ponieważ podczas ładowania i rozładowywania dyfuzja jonów litu i przewodzenie elektronów są ze sobą sprzężone. Na przykład, podczas rozładowywania, jony litu pochodzą z anody, a elektrony jednocześnie przechodzą przez obwód zewnętrzny. Dlatego też poprawa szybkości dyfuzji jonów litu jest również możliwa poprzez nanokrystalizację, powlekanie węglem i domieszkowanie. Zgodnie z profesjonalnymi artykułami, mangan jest obiecującym pierwiastkiem domieszkującym. W rzeczywistości sam fosforan litowo-manganowo-żelazowy jest materiałem katodowym, a platforma napięciowa spowodowana utlenianiem jonów manganu wynosi aż 4,1 V, co może znacznie zwiększyć gęstość energii bez znacznego wzrostu kosztów.

Jednak ze względu na jeszcze niższą przewodność elektronową fosforanu litowo-manganowo-żelazowego, istniejące procesy modyfikacji nie mogą zrównoważyć tej wady, więc obecnie na rynku jest niewiele tego materiału katodowego. Ponieważ jony manganu są chemicznie podobne do jonów żelaza, mogą one równomiernie występować w strukturze krystalicznej w dowolnej proporcji, umożliwiając poprawę domieszkowania. Ponadto, ponieważ promień jonów manganu jest nieco większy, częściowe zastąpienie żelaza manganem może rozszerzyć kryształ, aby zwiększyć efekt dyfuzji jonów litu.

Mówi się, że krajowi producenci rozpoczęli już badania i rozwój materiałów z fosforanu litowo-manganowo-żelazowego. Oprócz powyższego, proces syntezy całego materiału katody LFP jest również stale optymalizowany. Kontrolując wady wewnętrzne, rozmiar cząstek i ścieżki transmisji w jak największym stopniu, można w pewnym stopniu poprawić gęstość energii.

Można potwierdzić, że ewolucja technologiczna LFP nadal trwa, a jego gęstość energii będzie nadal poprawiać się w przyszłości. Biorąc pod uwagę, że LFP zachowuje również doskonałą stabilność termiczną, długi cykl życia i stosunkowo niskie koszty surowców, jego perspektywy na przyszłość są dość szerokie

SPIDERWAY LFP Fosforan litowo-żelazowy Bateria: Zasilanie pojazdów przemysłowych z precyzją i wydajnością

W dziedzinie rozwiązań zasilania pojazdów przemysłowych, SPIDERWAY Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP) LFP stworzyły niszę dla siebie, oferując połączenie wysokiej wydajności, bezpieczeństwa i niezawodności. Akumulatory te zostały specjalnie zaprojektowane, aby sprostać rygorystycznym wymaganiom zastosowań przemysłowych, w których wydajność i trwałość są najważniejsze.

Zastosowania w pojazdach przemysłowych

Akumulatory SPIDERWAY LFP są szeroko stosowane w całym spektrum pojazdów przemysłowych. Są sercem wózków widłowych, wózków golfowych, podnośników koszowych i nie tylko, zapewniając stałą moc, której te pojazdy potrzebują do wydajnego wykonywania swoich funkcji.

Zalety produktu i marki

Zalety akumulatorów SPIDERWAY LFP są wielorakie:

Wysoka wydajność: Akumulatory te zapewniają wyjątkową moc i wydajność, dzięki czemu pojazdy przemysłowe mogą osiągać najlepsze wyniki bez żadnych kompromisów.
Szybkie ładowanie: Minimalizując przestoje, akumulatory te umożliwiają szybkie ładowanie, co maksymalizuje produktywność, utrzymując maszyny w działaniu dłużej.
Bezpieczeństwo i stabilność: Wyposażone w zaawansowane systemy zarządzania akumulatorami (BMS), akumulatory SPIDERWAY zapewniają bezpieczną pracę przez cały proces ładowania, zmniejszając ryzyko wypadków.
Długowieczność: Dzięki niezwykłej żywotności baterie te są objęte 10-letnią gwarancją, oferując wartość i niezawodność przez długi czas.
Przyjazny dla środowiska: Akumulatory SPIDERWAY LFP są wykonane z nietoksycznych materiałów nie zawierających metali ciężkich, co jest zgodne z rosnącym globalnym naciskiem na zrównoważony rozwój.

Zautomatyzowana linia produkcyjna i korzyści skali

NewsAnaliza przewagi konkurencyjnej chińskiego przemysłu baterii litowych — Analiza przewagi konkurencyjnej chińskiego przemysłu baterii litowych

Aktualności Zalety chińskich fabryk OEM akumulatorów do wózków widłowych — Analiza przewagi konkurencyjnej chińskiego przemysłu baterii litowych

SPIDERWAY stworzył najnowocześniejszą zautomatyzowaną linię produkcyjną, która pozwala na precyzyjną produkcję i wydajną produkcję. Zapewnia to nie tylko wysoką jakość wszystkich produktów, ale także wykorzystuje efekt skali do oferowania konkurencyjnych cen. Roczna produkcja firmy przekracza 10 000 baterii litowych, skutecznie spełniając rosnące wymagania rynku.

Konkurencyjność cenowa

Opanowuj膮c proces produkcji i utrzymuj膮c solidny 艂a艅cuch dostaw, SPIDERWAY jest w stanie dostarczy膰 wysokiej jako艣ci akumulatory LFP w konkurencyjnych cenach. Ta konkurencyjność cenowa opiera się na zaangażowaniu firmy w zarządzanie kosztami, zapewniając, że jakość nigdy nie ulegnie pogorszeniu, a klienci będą czerpać korzyści ze zoptymalizowanych kosztów produkcji.

Klasa Premium Bateria LFP Ogniwa od najlepszych dostawców

Podkreślając swoje zaangażowanie w jakość, SPIDERWAY zaopatruje się w ogniwa LFP wyłącznie u czterech najlepszych dostawców: BYD, CATL, EVE Energy i LISEHN. Dostawcy ci są znani ze swoich ogniw LFP klasy A, które są sprawdzane pod kątem wydajności i niezawodności. Gwarantuje to, że baterie SPIDERWAY spełniają rygorystyczne wymagania różnych zastosowań przemysłowych, zapewniając potężną gwarancję dla użytkowników.

Akumulatory SPIDERWAY LFP są świadectwem zaangażowania firmy w innowacje, jakość i zadowolenie klientów. W miarę jak świat zmierza w kierunku bardziej zrównoważonych i wydajnych rozwiązań energetycznych, SPIDERWAY stoi na czele, oferując pojazdom przemysłowym moc, której potrzebują, aby działać jak najlepiej.

Profil autora

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

Inżynier sprzedaży akumulatorów LiFePO4 SpiderWay z dziesięcioletnim doświadczeniem w dziedzinie akumulatorów do pojazdów przemysłowych, gotowy odpowiedzieć na wszelkie pytania dotyczące przemysłowych akumulatorów LiFePO4.