리튬철인산 리튬이온 배터리 전극소재로서 화학적인 공식 LiFePO4(약칭 LFP)입니다. 주로 다양한 리튬 이온 배터리에 사용됩니다. 일본의 NTT가 1996년에 AyMPO4(A는 알칼리 금속, M은 CoFe: LiFeCoPO4의 조합)의 올리빈 구조 리튬 배터리 양극 재료를 처음 공개한 이후, 1997년에 미국 오스틴 텍사스 대학의 John. B. Goodenough 등은 이 그룹을 연구했습니다. 이 그룹은 또한 LiFePO4로의 리튬의 가역적 이동을 보고했습니다.
미국과 일본이 우연히 감람석 구조(LiMPO4)를 발표했는데, 이는 이 물질에 큰 관심을 끌며 광범위한 연구와 급속한 발전을 불러일으켰습니다. 전통적인 리튬 이온 2차 전지 양극 재료인 스피넬 구조 LiMn2O4 및 층상 구조 LiCoO2와 비교하여 LiMPO4는 원료 공급원이 더 넓고 저렴하며 환경 오염이 없습니다.
인산철리튬의 기본특성
인산철리튬은 현재 리튬이온 배터리에서 가장 유망한 양극재다. 다른 음극 재료와 비교하여 다음과 같은 장점이 있습니다.
(1) 저렴한 비용. 삼원계 양극재에 비해 인산철리튬은 가격이 상대적으로 저렴하고, 생산 공정이 비교적 간단하며, 환경 오염도 거의 발생하지 않습니다.
(2) 배터리 안전성이 좋습니다. 인산철리튬 소재에는 인체에 유해한 중금속 성분이 포함되어 있지 않습니다. 고온에서 유해한 가스를 생성하지 않으며 유독 가스, 산성 미스트 및 기타 물질을 생성하지 않습니다.
(3) 긴 사이클 수명. 인산철리튬의 주기 수명은 일반적으로 500배 이상으로 삼원 리튬의 주기 수명보다 훨씬 길며, 수명은 10년 이상에 달할 수 있습니다.
(4) 전기화학적 성능이 우수하다. 리튬 철 인산염 재료는 높은 사이클 성능과 속도 성능을 가지며 저온 조건에서도 우수한 성능을 유지할 수 있습니다.
인산철리튬 양극재에 단락이 발생해도 연소, 폭발 등의 위험한 상황이 발생하지 않으며, 유독가스, 산성 미스트, 유독가스 및 기타 물질이 발생하지 않습니다.
인산철리튬의 제조방법
현재 인산철리튬 원료의 제조방법에는 주로 고온고상합성법, 공침법, 졸겔법, 열수법 등이 있다.
고온고상합성법: 고온고상합성법은 상온에서 반응조건을 조절하여 특정 형태의 인산철리튬 물질을 제조하는 방법이다. 고온고상합성의 주된 원리는 탄소원이 분해될 때 방출되는 열을 이용하여 저온에서 반응을 진행시키는 것이다.
반응 조건과 형태를 제어함으로써, 입자 크기, 리튬 철인산의 결정성 및 결정 구조를 제어하여 다양한 형태 및 결정 형태를 갖는 리튬 철인산을 제조할 수 있습니다.
생산비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 고온고상합성법은 단점이 많다. 예를 들어, 온도가 너무 높으면 재료 입자가 성장하여 재료 성능이 저하됩니다. 원자재 가격이 높고 생산 비용이 크다. 준비과정에서 폐액, 폐잔사 등의 폐기물이 발생하기 쉽습니다.
침전방식: 원료를 일정 비율로 균일하게 혼합하고, 적절한 첨가물을 첨가한 후, 일정 온도에서 반응시킨 후, 여과, 세척, 건조하여 인산철리튬제품을 얻습니다. 공침법은 생산공정이 간단하고 제품의 형태와 입자크기를 조절할 수 있다. 현재 가장 널리 사용되는 준비 방법입니다. 공침법으로 제조된 인산철리튬 제품의 성능은 비교적 안정적이다.
졸겔법: 탄소원과 알루미늄원을 먼저 혼합한 후, 유기용매에 첨가하여 교반하고, 일정 온도에 도달할 때까지 승온하는 것을 말한다. 그런 다음 용액을 여과하고 세척, 건조, 분산 및 저온에서 분쇄하여 나노 철 인산염을 제조합니다. 리튬. 이 방법으로 합성된 인산철리튬은 입자가 미세하고 결정성이 높으며 성능이 안정적입니다. 그러나 졸-겔 방식은 비용이 많이 들고, 제조과정이 복잡하며, 제품이 뭉치는 문제가 심각하다.
리튬철인산염 재료를 사용하여 전원 배터리를 생산할 때의 장점과 단점
리튬 철 인산염 재료의 장점: 리튬 철 인산염 재료는 큰 비용량, 긴 사이클 수명, 저전압 플랫폼, 높은 안전성 및 강력한 환경 적응성의 장점을 가지고 있습니다. 이는 가장 유망한 리튬이온 배터리 양극재 중 하나로 간주됩니다. . 또한, 가격이 저렴하고 소스가 넓은 특징도 가지고 있습니다.
인산철리튬 재료의 문제점: 인산철리튬 재료의 제조 과정에서 인산 결정이 쉽게 형성되어 전도성이 저하됩니다. 인산철리튬의 결정 구조는 고온에서 크게 변화하고 안정성이 낮습니다. 볼륨 변화가 발생하기 쉽고 용량 감쇠로 이어집니다. 전해질 반응으로 생성된 유기산도 배터리 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
인산철리튬 재료의 성능 개선 조치: 인산철리튬 재료의 비표면적 및 입자 크기를 개선하는 것은 인산철리튬 재료의 전기화학적 성능을 향상시키기 위한 중요한 조치입니다. 연구에 따르면 입자 크기와 비표면적이 증가함에 따라 인산철리튬 재료의 전기화학적 성능도 증가하는 것으로 나타났습니다. 또한 전해질과 바인더를 최적화하는 것도 인산철리튬 배터리의 성능을 향상시키는 중요한 수단이다.
리튬인산철 시장 수요는 빠르게 증가하고 있습니다.
신에너지 자동차는 계속해서 호황을 누리고 있습니다.
글로벌 신에너지 자동차 산업은 다양한 국가의 경제 성장에 강력한 새로운 모멘텀을 제공할 뿐만 아니라 온실가스 배출을 줄이고 기후 변화 문제에 대처하며 지구 생태 환경을 개선하는 데 도움이 되는 새로운 가속화된 발전 단계에 진입하고 있습니다. .
2021년부터 EU에서는 신차 승용차의 평균 이산화탄소 배출량이 킬로미터당 95g을 초과할 수 없습니다. 2025년과 2030년까지 이를 기준으로 각각 15%와 37.5%를 줄여야 합니다.
지난 3월 31일 미국 바이든 행정부는 신에너지차 산업 발전을 지원하기 위해 1TP4조1740억 달러를 배정하고, 이 중 1TP4조1000억 달러를 소비자 보조금으로 직접 사용하겠다고 밝혔다. 중국 국무원은 2025년까지 신에너지 자동차 판매량이 총 신차 판매량의 약 20%를 차지할 것으로 계획하고 있습니다. (보고 출처 : 퓨처씽크탱크)
에너지 저장 시장의 미래는 유망하다
2020년 말 기술 상용화 정도를 보면 리튬 배터리는 여전히 가장 성숙한 신에너지 저장 기술로 적용 비율이 가장 높다(거의 90%).
'신에너지 저장장치 지침 의견'에서는 2020년 말 3.28GW에서 2025년 30GW로, 향후 5년(2020~2025) 동안 우리나라 신에너지 저장 시장 규모가 10배로 확대될 것이라고 지적하고 있다. 현재 수준의 연간 평균 복합 성장률은 55% 이상입니다.
CNESA 예측에 따르면 전기화학적 에너지 저장 장치의 복합 성장률은 보수적인 시나리오에서 약 57%에 머물고 이상적인 시나리오에서는 70%를 초과할 것입니다. 즉, 총 설치된 에너지 저장 용량은 2025년까지 각각 35.5GW와 55.8GW에 도달할 것입니다.
신에너지 발전, 에너지 저장, 가정용 에너지 저장 등의 사용 시나리오가 발전함에 따라 인산철리튬의 비용 우위가 더욱 두드러졌습니다. 인산철리튬 배터리의 가격 하락으로 인해 대규모 납산 배터리 교체 시장이 열릴 것으로 예상된다.
인과 철 자원은 필수이며 통합 비용이 가장 중요합니다
인산철리튬은 인산철 수요를 증가시킵니다. 단기 인산철 수급은 긴밀하게 균형을 이루고 있으며, 장기 공급은 느슨합니다. 백천영복의 통계에 따르면 2021년 9월 현재 우리나라의 인산철 생산능력은 356,000톤이고 기업의 가동률은 지속적으로 증가하며 수요와 공급이 긴밀하게 균형을 이루고 있습니다. 미래 인산철리튬 수요 80%가 인산철 공정 경로를 통해 실현된다고 가정하면, 2025년 전 세계 인산철리튬 수요 2724만톤은 인산철 수요 약 209만톤에 해당한다. 2021년 9월 기준 인산철 생산능력 계획에 따르면 300톤을 초과하게 된다. 백만톤 규모의 인산철은 장기적으로 충분한 공급을 기대하고 있습니다.
철원: 이산화티타늄 회사는 인산철리튬 사업에 진출할 때 철원이라는 이점을 갖고 있습니다.
이산화티타늄 회사는 비용이 전혀 들지 않는 철원을 보유하고 있어 시너지 효과를 누리고 있습니다. 황산 이산화티타늄 기업의 부산물인 황산제1철은 인산철리튬 생산 원료의 철 공급원입니다. 이산화티타늄 1톤을 생산하면 약 3톤의 황산제1철을 생산할 수 있습니다. 다량의 황산제1철 고형폐기물을 처리하는 것은 어렵다. 쌓아두거나 폐기하면 환경오염 문제가 발생하고 자원이 낭비됩니다. 전처리 후 황산제1철 고형 폐기물을 사용하여 배터리급 인산철을 생산한 다음 인산철리튬 배터리 소재를 생산할 수 있어 자원 활용도가 향상되고 인산철리튬 생산의 원자재 비용이 절감되며 상당한 시너지 효과가 있습니다. . 21H1 평균 원자재 시장 가격을 기준으로 계산하면 철원 공급은 철원 아웃소싱 기업에 비해 톤당 1,676위안의 비용을 절감할 수 있습니다. 인산철리튬 배터리 재료를 제조하기 위한 황산제1철의 공정 경로가 점차 개방되면서 이산화티타늄 산업 전체에 기회가 생겼습니다. 일부 기업은 정제된 황산제1철 제품을 빼앗았고, 다른 기업은 자원 우위를 활용하여 신에너지 배터리 진출 기회를 포착했습니다. 재료 분야.
인 공급원: 인 화학 회사는 인산철리튬 산업에 진출할 때 비용 우위를 가지고 있습니다.
인 소스 공급 회사는 더 큰 비용 이점을 가지고 있습니다. 21H1 평균 시장 가격 계산에 따르면 85% 고순도 인산을 인 공급원으로 구매하면 인산철리튬 1톤의 인 공급원 비용은 약 4,124위안입니다. 인산을 자체적으로 생산하기 위해 습식 정화 기술을 사용하는 인광석 자원 기업의 톤당 비용은 다음과 같습니다. 인산 철 리튬 1톤당 인 공급원의 비용은 약 1,989위안/톤입니다. 자체적으로 인 공급원을 제공하는 인산철리튬 회사는 톤당 약 2,135위안의 비용 이점을 가지고 있습니다. 철 공급원을 제공하는 이산화티타늄 회사와 비교할 때 그들은 더 큰 비용 이점을 가지고 있습니다.
인산철리튬은 인자원의 부가가치를 크게 높였습니다. 전통적인 농업비료 분야에서는 농업비료 인산일암모늄 1톤을 생산하려면 약 1.75톤의 인광석이 필요하며, 인광석 1톤을 사용하면 약 172위안의 이윤을 얻을 수 있다. 인산철리튬 인산광석의 단위 소모량은 약 2.26톤이다. 21H1 평균 시장가격에 따르면 인산철리튬 1톤의 산업 이윤은 약 4,439위안이므로 인산철광석 1톤의 이윤은 1,964위안이다. 인산철리튬은 부가가치가 높고, 농경비료 수입의 10배 이상을 가져올 수 있어 인계 화학기업의 가치 개선의 기회를 열어준다.
인화학기업은 인자원과 기술축적을 갖고 있다. 배터리용 고순도 인산 또는 산업용 등급의 인산일암모늄은 인산철리튬 생산에 중요한 인 공급원 물질입니다. 전통적인 인 화학 회사는 인 자원 이점을 가지고 있습니다. 단기적으로 고순도 인산암모늄/공업용 인산암모늄 생산 능력을 갖춘 기업은 인산철 직접 인 리튬 공급원, 마스터링 자원 및 기술 우위를 갖게 될 것입니다.