Головний науковий співробітник BYD: Літій-залізо-фосфатні батареї LiFePO4 не будуть зняті з виробництва через 20 років

НовиниLiFePO4 Процес виробництва літієвих залізо-фосфатних акумуляторів та технологія виробництва

8 жовтня 2024 року

"Літій-залізофосфат (LFP) батарейки може не бути припинено в найближчі 20 років", - сказав Ліан Юбо, головний науковий співробітник BYD. Ця точка зору поділяється на тлі розвитку твердотільних батарейки вже на порозі комерціалізації. Чи є в цьому сенс? Чи технологічний шлях літій-залізо-фосфату з часом буде згорнутий?

У цьому відео ми заглибимося в цю тему. По-перше, важливо знати, що на китайському ринку, LFP наразі є домінуючим гравцем, оскільки обсяг його встановлення вже три роки поспіль перевищує обсяг встановлення потрійного літію. Згідно з авторитетними статистичними даними, з січня по липень 2024 року обсяг інсталяцій потрійного літію в секторі електромобілів склав 30%, тоді як LFP припадає 70%. Це свідчить про те, що LFP наразі є основним вибором для силових акумуляторів, головним чином завдяки своїм видатним перевагам у безпеці, тривалості циклу та закупівельних витратах порівняно з потрійним літієм.

Причина домінування ЛФП значною мірою пов'язана з його кристалічним складом і структурою. За хімічною структурою ЛФП належить до олівіну, а міцні тривимірні хімічні зв'язки, утворені фосфатною групою, надають йому чудову термодинамічну та кінетичну стабільність. З моменту першої публікації в 1997 році LFP як катодний матеріал був структурований для забезпечення стабільності, що є фундаментальною передумовою для його комерціалізації. Це гарантує, що батарея не буде легко руйнуватися під час експлуатації, оскільки іони літію інтеркалюють і деінтеркалюють. Крім того, велика кількість і низька вартість елементів фосфору і заліза дають LFP значну економічну перевагу.

Найвідомішою перевагою ЛФП є його високий профіль безпеки. Дослідження теплової поведінки двох типів батарей в умовах нагрівання показують, що LFP лише виділяє велику кількість диму без горіння, причому найвища температура сягає понад 500 градусів за Цельсієм. На противагу цьому, потрійний літій не тільки виділяє дим, але й інтенсивно горить, причому найвища температура сягає понад 1000 градусів за Цельсієм. З теплової точки зору, тепловиділення LFP становить 0,162 мегаджоуля, а потужність - 1,81 кіловат, тоді як потрійний літій виділяє 3,147 мегаджоуля, а потужність - 134,85 кіловат. Ці дані свідчать про значну різницю в продуктивності двох типів батарей в умовах теплового розгону.

Особливо з точки зору швидкості, небезпека потрійного літію дуже висока. Це означає, що в разі теплового виходу з ладу, ЛФП надає більше часу для втечі та поводження, тоді як потрійний літій втрачає контроль в одну мить. Тому обсяги встановлення LFP значно випереджають, оскільки його краща безпека може зменшити складність і вартість терморегулювання на системному рівні.

Для багатьох моделей середнього та низького класу LFP є найкращим вибором. Однак для багатьох моделей середнього і високого класу, щоб забезпечити кращу витривалість, потрійний літій наразі є неминучим варіантом. З точки зору щільності енергії, LFP не такий хороший, як потрійний літій, як з точки зору щільності маси, так і з точки зору об'ємної щільності. З точки зору маси, LFP в основному становить близько 140-180 ват-годин на кілограм, тоді як потрійний літій в основному становить близько 200-260 ват-годин на кілограм.

З об'ємної точки зору, LFP становить близько 300-400 ват-годин на літр, тоді як потрійний літій - близько 500-700 ват-годин на літр. Звичайно, деякі продукти високого класу вже подолали цей діапазон, але в цілому, різниця в енергії між ними дуже очевидна, особливо різниця в об'ємній щільності енергії. Різниця в масі не є особливо різкою, і такі основні технології, як CTP, CTC і CTB, можуть компенсувати її на рівні упаковки або транспортного засобу, але об'єм є більш складною проблемою через обмежений простір у відсіку акумулятора.

З огляду на те, що LFP не має переваг у масі чи об'ємі, деякі висококласні моделі для тривалого використання зазвичай не обирають LFP. Ключове питання тут полягає в тому, чи зможе LFP наздогнати потрійний літій і досягти поточного рівня потрійного літію. Якщо ми подивимося на окремий елемент, то він не зможе йти в ногу з темпами потрійного літію, але він, безумовно, може досягти поточного рівня потрійного літію.

Для таких літієвих батарей зазвичай існує три шляхи підвищення щільності енергії, особливо об'ємної: робоча напруга, щільність упаковки і питома ємність. Пояснимо кожен з них. Робоча напруга пов'язана з механізмом реакції LFP, який суттєво відрізняється від потрійного літію тим, що катод LFP в основному має дві стабільні фази під час заряджання і розряджання: фазу Fe2+ і фазу Fe3+. Це означає, що процес заряджання і розряджання є, по суті, двофазним міграційним процесом, де одна фаза змінюється на іншу. Це призводить до стабільної напруги на платформі близько 3,4 В для LFP, яка підтримується протягом тривалого часу.

З іншого боку, потрійний літій має однофазний перехід під час заряджання і розряджання, коли іони літію безперервно інтеркалюють і деінтеркалюють без чіткої межі поділу фаз. Це призводить до того, що крива напруги для потрійного літію має більш круту форму, без чіткої платформи напруги, яка змінюється в залежності від концентрації іонів літію. Ось чому визначення заряду батареї на потрійному літії є більш точним, в той час як LFP вимагає регулярного калібрування, оскільки заряд батареї визначається шляхом виявлення рівнів напруги.

Робоча напруга LFP фактично забезпечується окислювально-відновною реакцією іонів заліза на рівні 3,4 вольта. Елементи фосфору та кисню відіграють лише роль у структурній стабільності та передачі каналів. Через механізм реакції напругу на платформі ЛФП важко збільшити, оскільки вона визначається кристалічною структурою, і діапазон її зміни дуже малий. Тому підвищення робочої напруги - це складний шлях.

Інший шлях - збільшити щільність упаковки, зробивши катодний матеріал ЛФП більш компактним. Теоретична щільність ЛФП становить 3,6 грама на кубічний сантиметр, тоді як нинішній комерційний ЛФП має щільність упаковки приблизно від 2,4 до 2,5 грама на кубічний сантиметр. Це свідчить про те, що є ще багато можливостей для вдосконалення. Що стосується щільності пакування, то вдосконалення галузі в основному стосується трьох аспектів: поліпшення сировини і технологічних маршрутів, вдосконалення процесу спікання і гранулометричного складу.

Останній напрямок збільшення щільності енергії - це питома ємність, тобто кількість заряду на одиницю маси катодного матеріалу, яка може бути збережена або вивільнена. З хімічної формули ЛФП випливає, що один моль ЛФП може інтеркалювати лише один моль іонів літію, що відповідає теоретичній питомій масовій ємності 170 міліампер-годин на грам. Насправді ж ємність комерційних LFP-акумуляторів становить лише близько 130, і вона може бути нижчою за умови високошвидкісного використання. Ця проблема ємності є суттєвим обмеженням щільності енергії ЛФП.

В основі електрохімічного механізму лежать кінетичні характеристики матеріалу катода, тобто провідність електронів та іонів літію. Якщо провідність дуже низька, матеріал катода не може бути повністю використаний, тобто ефективність його використання низька. Ключовим моментом є покращення кінетичних характеристик, щоб максимально наблизитися до теоретичного значення. Важливо зазначити, що ЛФП є напівпровідником, і його електронна провідність не є перевагою за своєю природою. Канал транспорту іонів літію також є інтерстиціальним каналом з низьким коефіцієнтом дифузії.

Отже, незважаючи на відмінну структурну стабільність, провідність є суттєвим недоліком. З точки зору промисловості, покращення електронної провідності в основному досягається шляхом нанокристалізації, нанесення вуглецевого покриття та легування. В даний час більшість комерційних батарей LFP містять нанорозмірні частинки LFP з вуглецевим покриттям, що утворюють провідну мережу для підвищення провідності. Однак щільність шару вуглецевого покриття є низькою, тому цей захід є взаємовиключним з щільністю упаковки, що вимагає всебічного вдосконалення рецептури джерела вуглецю та процесів.

Що стосується питання швидкості дифузії іонів літію, то тут використовуються ті ж самі методи, оскільки під час заряджання і розряджання дифузія іонів літію і провідність електронів пов'язані між собою. Наприклад, під час розряду іон літію виходить з анода, і одночасно через зовнішній ланцюг виходить електрон. Тому покращення швидкості дифузії іонів літію також досягається шляхом нанокристалізації, нанесення вуглецевого покриття та легування. Згідно з професійними роботами, марганець є перспективним легуючим елементом. Насправді, літій-марганець-залізо-фосфат сам по собі є катодним матеріалом, а напруга, що виникає при окисленні іонів марганцю, досягає 4,1 вольта, що може значно підвищити щільність енергії без значного збільшення витрат.

Однак через ще нижчу електронну провідність літій-марганцевого залізного фосфату існуючі процеси модифікації не можуть компенсувати цей недолік, тому наразі на ринку мало цього катодного матеріалу. Оскільки іони марганцю хімічно подібні до іонів заліза, вони можуть рівномірно існувати в кристалічній структурі в будь-якій пропорції, що дозволяє поліпшити легування. Крім того, оскільки радіус іонів марганцю трохи більший, часткова заміна заліза марганцем може розширити кристал для посилення дифузійного ефекту іонів літію.

Кажуть, що вітчизняні виробники вже розпочали дослідження та розробку літій-марганець-залізо-фосфатних матеріалів. На додаток до вищесказаного, процес синтезу всього катодного матеріалу LFP також постійно оптимізується. Контролюючи внутрішні дефекти, розмір частинок та шляхи передачі, наскільки це можливо, можна певною мірою покращити щільність енергії.

Можна стверджувати, що технологічна еволюція ЛФП все ще триває, і його енергетична щільність буде продовжувати покращуватися в майбутньому. З огляду на те, що LFP також зберігає відмінну термічну стабільність, тривалий термін служби і відносно дешеву сировину, його майбутні перспективи є досить широкими.

ПАВУТИННЯ LFP Літій-залізо-фосфат Батарея: Точне та ефективне живлення промислових транспортних засобів

У сфері енергетичних рішень для промислових транспортних засобів, ПАВУТИННЯ Літій-залізо-фосфатні (LFP) акумулятори зайняли свою нішу, пропонуючи поєднання високої продуктивності, безпеки та надійності. Ці батареї спеціально розроблені для задоволення суворих вимог промислового застосування, де продуктивність і довговічність мають першорядне значення.

Застосування в промислових транспортних засобах

Батареї SPIDERWAY LFP широко застосовуються в широкому спектрі промислової техніки. Вони є серцем навантажувачів, гольф-карів, повітряних робочих платформ тощо, забезпечуючи стабільне живлення, необхідне для ефективного виконання ними своїх функцій.

Переваги продукту та бренду

Переваги акумуляторів SPIDERWAY LFP багатогранні:

Висока продуктивність: Ці батареї забезпечують виняткову потужність і ефективність, гарантуючи, що промислові транспортні засоби можуть працювати з максимальною віддачею без компромісів.
Швидка зарядка: Мінімізуючи час простою, ці акумулятори дозволяють швидко заряджатися, що максимізує продуктивність, утримуючи машини в робочому стані довше.
Безпека та стабільність: Акумулятори SPIDERWAY, оснащені вдосконаленими системами керування батареями (BMS), забезпечують безпечну роботу протягом усього процесу заряджання, знижуючи ризик нещасних випадків.
Довголіття: Ці батареї мають значний термін служби та 10-річну гарантію, пропонуючи цінність і надійність у довгостроковій перспективі.
Екологічно чистий: Батареї SPIDERWAY LFP виготовлені з нетоксичних, неважких металевих матеріалів, що відповідає зростаючому глобальному акценту на екологічність.

Автоматизована виробнича лінія та ефект масштабу

НовиниАналіз конкурентних переваг китайської індустрії літієвих батарей — Аналіз конкурентних переваг китайської індустрії літієвих батарей

НовиниПереваги китайських заводів-виробників акумуляторних батарей для навантажувачів — Аналіз конкурентних переваг китайської індустрії літієвих батарей

SPIDERWAY встановив найсучаснішу автоматизовану виробничу лінію, яка забезпечує точне виробництво та ефективний випуск продукції. Це не лише забезпечує стандарти високої якості всіх продуктів, але й використовує ефект масштабу, пропонуючи конкурентоспроможні ціни. Щорічний обсяг виробництва компанії перевищує 10 000 літієвих батарей, що дозволяє ефективно задовольняти зростаючі потреби ринку.

Цінова конкурентоспроможність

Завдяки вдосконаленню виробничого процесу та підтримці надійного ланцюжка поставок, SPIDERWAY може постачати свої високоякісні LFP-батареї за конкурентоспроможними цінами. Ця цінова конкурентоспроможність підкріплена прихильністю компанії до управління витратами, що гарантує, що в той час як якість ніколи не йде на компроміс, клієнти користуються перевагами оптимізації виробничих витрат.

Преміум-клас Акумулятор LFP Клітини від найкращих постачальників

Підкреслюючи свою прихильність до якості, компанія SPIDERWAY постачає свої акумуляторні батареї LFP виключно від чотирьох провідних постачальників: BYD, CATL, EVE Energy та LISEHN. Ці постачальники відомі своїми LFP-елементами класу А, які пройшли перевірку на продуктивність і надійність. Це гарантує, що батареї SPIDERWAY відповідають суворим вимогам різних промислових застосувань, забезпечуючи потужну гарантію для苛刻的工况要求 .

Акумулятори SPIDERWAY LFP є свідченням відданості компанії інноваціям, якості та задоволенню потреб клієнтів. У той час як світ рухається до більш стійких і ефективних енергетичних рішень, SPIDERWAY знаходиться в авангарді, пропонуючи промисловим транспортним засобам енергію, необхідну для їх найкращої роботи.

Профіль автора

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

Інженер з продажу LiFePO4 акумуляторів SpiderWay з десятирічним досвідом роботи з промисловими акумуляторами для транспортних засобів, готовий відповісти на будь-які ваші запитання про промислові LiFePO4 акумулятори.