Litium besi fosfat adalah bahan elektroda baterai lithium-ion dengan bahan kimia rumus LiFePO4 (disingkat LFP). Ia terutama digunakan dalam berbagai baterai ion litium. Sejak NTT Jepang pertama kali mengungkap bahan katode baterai litium berstruktur olivin AyMPO4 (A adalah logam alkali, M adalah gabungan CoFe: LiFeCoPO4) pada tahun 1996, pada tahun 1997, John. B. Goodenough dan yang lainnya dari Universitas Texas di Austin di Amerika Serikat mempelajari Kelompok tersebut juga kemudian melaporkan transfer litium yang dapat dibalikkan ke dalam dan keluar dari LiFePO4.
Amerika Serikat dan Jepang secara kebetulan menerbitkan struktur olivin (LiMPO4), yang menarik perhatian besar terhadap materi ini dan menyebabkan penelitian ekstensif dan perkembangan pesat. Dibandingkan dengan bahan katoda baterai sekunder lithium-ion tradisional, struktur spinel LiMn2O4 dan struktur berlapis LiCoO2, LiMPO4 memiliki sumber bahan baku yang lebih luas, lebih murah dan tidak menimbulkan pencemaran lingkungan.
Karakteristik dasar litium besi fosfat
Litium besi fosfat saat ini merupakan bahan katoda yang paling menjanjikan dalam baterai litium-ion. Dibandingkan dengan bahan katoda lainnya, bahan ini memiliki keunggulan sebagai berikut:
(1) Biaya rendah. Dibandingkan dengan bahan katoda terner, litium besi fosfat relatif murah, proses produksinya relatif sederhana, dan menimbulkan sedikit pencemaran lingkungan.
(2) Itu baterai memiliki keamanan yang baik. Bahan litium besi fosfat tidak mengandung unsur logam berat yang berbahaya bagi tubuh manusia. Mereka tidak akan menghasilkan gas berbahaya pada suhu tinggi, juga tidak akan menghasilkan gas beracun, kabut asam, dan zat lainnya.
(3) Siklus hidup yang panjang. Siklus hidup litium besi fosfat biasanya lebih dari 500 kali lipat, jauh lebih tinggi dibandingkan litium terner, dan masa pakainya bisa mencapai lebih dari 10 tahun.
(4) Kinerja elektrokimia yang sangat baik. Bahan litium besi fosfat memiliki kinerja siklus dan kinerja laju yang tinggi, serta dapat mempertahankan kinerja yang baik dalam kondisi suhu rendah.
Apabila terjadi korsleting pada bahan katoda litium besi fosfat, tidak akan menimbulkan keadaan berbahaya seperti terbakar atau meledak, juga tidak akan menghasilkan gas beracun, kabut asam, atau gas beracun dan zat lainnya.
Metode pembuatan litium besi fosfat
Saat ini, metode preparasi bahan litium besi fosfat terutama mencakup metode sintesis fase padat suhu tinggi, kopresipitasi, sol-gel, dan hidrotermal.
Metode sintesis fase padat suhu tinggi: Metode sintesis fase padat suhu tinggi mengacu pada pembuatan bahan litium besi fosfat dengan morfologi tertentu dengan mengontrol kondisi reaksi pada suhu kamar. Prinsip utama sintesis fase padat suhu tinggi adalah menggunakan panas yang dilepaskan ketika sumber karbon terurai untuk melakukan reaksi pada suhu rendah.
Dengan mengendalikan kondisi reaksi, morfologi, ukuran partikel, kristalinitas dan struktur kristal litium besi fosfat dapat dikontrol, sehingga menyiapkan litium besi fosfat dengan morfologi dan bentuk kristal yang berbeda.
Keuntungannya adalah biaya produksinya rendah, namun metode sintesis fase padat suhu tinggi memiliki banyak kekurangan. Misalnya, jika suhu terlalu tinggi, butiran material akan membesar, sehingga kinerja material menjadi buruk; harga bahan bakunya tinggi, dan biaya produksinya besar; selama proses persiapan Sangat mudah untuk menghasilkan limbah seperti limbah cair dan sisa limbah.
Metode curah hujan: Campur bahan baku secara merata dalam perbandingan tertentu, tambahkan bahan tambahan yang sesuai, bereaksi pada suhu tertentu, saring, cuci, dan keringkan untuk mendapatkan produk litium besi fosfat. Metode kopresipitasi memiliki proses produksi yang sederhana dan dapat mengontrol morfologi dan ukuran partikel produk. Saat ini merupakan metode persiapan yang paling banyak digunakan. Kinerja produk litium besi fosfat yang dibuat dengan metode kopresipitasi relatif stabil.
Metode sol-gel: mengacu pada pencampuran terlebih dahulu sumber karbon dan sumber aluminium kemudian ditambahkan ke dalam pelarut organik untuk diaduk dan dinaikkan suhunya hingga mencapai suhu yang telah ditentukan; kemudian larutan disaring dan dicuci, dikeringkan, didispersikan dan digiling pada suhu rendah untuk menghasilkan nano-besi fosfat. litium. Litium besi fosfat yang disintesis dengan metode ini memiliki butiran halus, kristalinitas tinggi, dan kinerja stabil. Namun, metode sol-gel memiliki biaya tinggi, proses persiapan yang rumit, dan masalah aglomerasi produk yang serius.
Keuntungan dan kerugian menggunakan bahan litium besi fosfat untuk menghasilkan tenaga baterai
Keuntungan bahan litium besi fosfat: Bahan litium besi fosfat memiliki keunggulan kapasitas spesifik yang besar, siklus hidup yang panjang, platform tegangan rendah, keamanan tinggi, dan kemampuan beradaptasi lingkungan yang kuat. Mereka dianggap sebagai salah satu bahan katoda baterai lithium-ion yang paling menjanjikan. . Selain itu juga memiliki ciri harga murah dan sumber luas.
Masalah dengan bahan litium besi fosfat: kristal asam fosfat mudah terbentuk selama proses pembuatan bahan litium besi fosfat, sehingga mengurangi konduktivitasnya; struktur kristal litium besi fosfat sangat berubah pada suhu tinggi dan memiliki stabilitas yang buruk; rentan terhadap perubahan volume, yang menyebabkan pelemahan kapasitas; dan Asam organik yang dihasilkan oleh reaksi elektrolit juga dapat berdampak buruk pada kinerja baterai.
Langkah-langkah untuk meningkatkan kinerja bahan litium besi fosfat: Meningkatkan luas permukaan spesifik dan ukuran partikel bahan litium besi fosfat merupakan langkah penting untuk meningkatkan kinerja elektrokimia bahan litium besi fosfat. Penelitian menunjukkan bahwa seiring dengan peningkatan ukuran partikel dan luas permukaan spesifik, kinerja elektrokimia bahan litium besi fosfat juga meningkat. Selain itu, optimalisasi elektrolit dan pengikat juga merupakan cara penting untuk meningkatkan kinerja baterai lithium besi fosfat.
Permintaan pasar litium besi fosfat berkembang pesat
Kendaraan energi baru terus berkembang pesat
Industri kendaraan energi baru global sedang memasuki tahap baru percepatan pembangunan, yang tidak hanya memberikan momentum baru yang kuat ke dalam pertumbuhan ekonomi berbagai negara, namun juga membantu mengurangi emisi gas rumah kaca, mengatasi tantangan perubahan iklim, dan memperbaiki lingkungan ekologi global. .
Mulai tahun 2021, rata-rata emisi karbon dioksida dari mobil penumpang baru di UE tidak boleh melebihi 95 gram per kilometer. Pada tahun 2025 dan 2030, jumlah tersebut perlu dikurangi masing-masing sebesar 15% dan 37,5% berdasarkan hal ini.
Pada tanggal 31 Maret, pemerintahan Biden di Amerika Serikat mengumumkan bahwa mereka akan mengalokasikan US$174 miliar untuk mendukung pengembangan industri kendaraan energi baru, yang mana US$100 miliar akan digunakan langsung untuk subsidi konsumen. Dewan Negara Tiongkok merencanakan bahwa pada tahun 2025, penjualan kendaraan energi baru akan mencapai sekitar 20% dari total penjualan mobil baru. (Sumber laporan: Future Think Tank)
Masa depan pasar penyimpanan energi menjanjikan
Dilihat dari tingkat komersialisasi teknologi pada akhir tahun 2020, baterai litium masih menjadi teknologi penyimpanan energi baru yang paling matang dengan proporsi penerapan tertinggi (hampir 90%).
“Pendapat Panduan Penyimpanan Energi Baru” menunjukkan bahwa dari 3,28GW pada akhir tahun 2020 menjadi 30GW pada tahun 2025, dalam lima tahun ke depan (2020~2025), skala pasar penyimpanan energi baru di negara saya akan berkembang hingga 10 kali lipat dari tingkat saat ini, dengan tingkat pertumbuhan gabungan tahunan rata-rata lebih dari 55%.
Menurut prediksi CNESA, tingkat pertumbuhan gabungan penyimpanan energi elektrokimia akan tetap sekitar 57% dalam skenario konservatif, dan akan melebihi 70% dalam skenario ideal, yaitu total kapasitas penyimpanan energi terpasang masing-masing akan mencapai 35,5GW dan 55,8GW pada tahun 2025.
Dengan berkembangnya skenario penggunaan seperti pembangkit listrik energi baru dan penyimpanan energi serta penyimpanan energi rumah tangga, keunggulan biaya litium besi fosfat menjadi lebih menonjol. Penurunan biaya baterai litium besi fosfat diperkirakan akan membuka pasar penggantian baterai timbal-asam yang besar.
Sumber daya fosfor dan besi sangat diperlukan, dan biaya integrasi adalah faktor utama
Litium besi fosfat meningkatkan permintaan besi fosfat. Pasokan dan permintaan besi fosfat jangka pendek sangat seimbang, dan pasokan jangka panjang longgar. Menurut statistik dari Baichuan Yingfu, pada September 2021, kapasitas produksi besi fosfat negara saya adalah 356.000 ton, tingkat operasi perusahaan terus meningkat, dan pasokan serta permintaan sangat seimbang. Dengan asumsi bahwa 80% permintaan litium besi fosfat di masa depan akan diwujudkan melalui jalur proses besi fosfat, permintaan global untuk litium besi fosfat sebesar 2,724 juta ton pada tahun 2025 akan setara dengan sekitar 2,09 juta ton permintaan besi fosfat. Sesuai rencana kapasitas produksi besi fosfat per September 2021 akan melebihi 300 ton. juta ton, kami memperkirakan pasokan besi fosfat mencukupi dalam jangka panjang.
Sumber besi: Perusahaan titanium dioksida memiliki keunggulan sumber besi ketika memasuki bisnis litium besi fosfat
Perusahaan titanium dioksida memiliki sumber besi tanpa biaya dan menikmati efek sinergis. Ferrous sulfate, produk sampingan dari perusahaan asam sulfat titanium dioksida, merupakan sumber besi dalam bahan baku produksi litium besi fosfat. Produksi satu ton titanium dioksida dapat menghasilkan sekitar 3 ton besi sulfat. Sulit untuk mengolah limbah padat besi sulfat dalam jumlah besar. Penumpukan dan pembuangan menyebabkan masalah pencemaran lingkungan dan pemborosan sumber daya. Setelah pra-pengolahan, limbah padat besi sulfat dapat digunakan untuk memproduksi besi fosfat tingkat baterai, dan kemudian memproduksi bahan baterai litium besi fosfat, yang meningkatkan pemanfaatan sumber daya, mengurangi biaya bahan baku produksi litium besi fosfat, dan memiliki efek sinergis yang signifikan . Dihitung berdasarkan harga pasar bahan baku rata-rata pada 21H1, pasokan sumber besi dapat menghemat biaya 1.676 yuan per ton dibandingkan dengan perusahaan outsourcing sumber besi. Seiring dengan dibukanya jalur proses besi sulfat untuk menyiapkan bahan baterai litium besi fosfat, hal ini telah membawa peluang bagi seluruh industri titanium dioksida. Beberapa perusahaan telah menghilangkan produk besi sulfat yang dimurnikan, sementara perusahaan lain memanfaatkan keunggulan sumber daya mereka untuk memanfaatkan peluang memasuki baterai energi baru. bidang bahan.
Sumber fosfor: Perusahaan kimia fosfor memiliki keunggulan biaya ketika memasuki industri litium besi fosfat
Perusahaan pemasok sumber fosfor memiliki keunggulan biaya yang lebih besar. Menurut perhitungan harga pasar rata-rata pada 21H1, jika asam fosfat kemurnian tinggi 85% dibeli sebagai sumber fosfor, biaya sumber fosfor untuk satu ton litium besi fosfat adalah sekitar 4.124 yuan. Untuk perusahaan sumber daya batuan fosfat yang menggunakan teknologi pemurnian basah untuk memproduksi sendiri asam fosfat, biaya per tonnya adalah Biaya sumber fosfor per ton litium besi fosfat adalah sekitar 1,989 yuan/ton. Perusahaan litium besi fosfat yang menyediakan sumber fosfornya sendiri memiliki keunggulan biaya sekitar 2.135 yuan/ton. Dibandingkan dengan perusahaan titanium dioksida yang menyediakan sumber besi, mereka memiliki keunggulan biaya yang lebih besar.
Litium besi fosfat telah meningkatkan nilai tambah sumber daya fosfor secara signifikan. Di bidang pupuk pertanian tradisional, satu ton pupuk pertanian monoamonium fosfat membutuhkan sekitar 1,75 ton batuan fosfat, dan satu ton batuan fosfat dapat menghasilkan keuntungan sekitar 172 yuan. Unit konsumsi bijih litium besi fosfat fosfat sekitar 2,26 ton. Menurut harga pasar rata-rata 21H1, keuntungan industri dari satu ton litium besi fosfat adalah sekitar 4.439 yuan, jadi satu ton bijih fosfat setara dengan margin keuntungan sebesar 1.964 yuan. Litium besi fosfat memiliki nilai tambah yang tinggi dan dapat memberikan pendapatan lebih dari 10 kali lipat dari pupuk pertanian, membuka peluang peningkatan penilaian bagi perusahaan kimia fosfor.
Perusahaan kimia fosfor memiliki sumber daya fosfor dan akumulasi teknologi. Asam fosfat dengan kemurnian tinggi untuk baterai atau monoamonium fosfat tingkat industri merupakan bahan sumber fosfor yang penting dalam produksi litium besi fosfat. Perusahaan kimia fosfor tradisional memiliki keunggulan sumber daya fosfor; dalam jangka pendek, perusahaan dengan kapasitas produksi amonium fosfat / amonium fosfat tingkat industri dengan kemurnian tinggi akan memiliki besi fosfat Sumber fosfor langsung litium, penguasaan sumber daya dan keunggulan teknologi.