Litium besi fosfat ialah bahan elektrod bateri lithium-ion dengan kimia formula LiFePO4 (pendek kata LFP). Ia digunakan terutamanya dalam pelbagai bateri litium-ion. Sejak NTT Jepun pertama kali mendedahkan bahan katod bateri litium struktur olivin AyMPO4 (A ialah logam alkali, M ialah gabungan CoFe: LiFeCoPO4) pada tahun 1996, pada tahun 1997, John. B. Goodenough dan lain-lain dari University of Texas di Austin di Amerika Syarikat mengkaji Kumpulan itu juga kemudiannya melaporkan pemindahan boleh balik litium ke dalam dan keluar dari LiFePO4.
Amerika Syarikat dan Jepun secara kebetulan menerbitkan struktur olivin (LiMPO4), yang menarik perhatian besar terhadap bahan ini dan menyebabkan penyelidikan yang meluas dan pembangunan pesat. Berbanding dengan bahan katod bateri sekunder lithium-ion tradisional, struktur spinel LiMn2O4 dan struktur berlapis LiCoO2, LiMPO4 mempunyai sumber bahan mentah yang lebih luas, lebih murah dan tidak mempunyai pencemaran alam sekitar.
Ciri asas litium besi fosfat
Litium besi fosfat kini merupakan bahan katod yang paling menjanjikan dalam bateri litium-ion. Berbanding dengan bahan katod lain, ia mempunyai kelebihan berikut:
(1) Kos rendah. Berbanding dengan bahan katod terner, fosfat besi litium agak murah, mempunyai proses pengeluaran yang agak mudah, dan menyebabkan pencemaran alam sekitar yang sedikit.
(2) Yang bateri mempunyai keselamatan yang baik. Bahan litium besi fosfat tidak mengandungi unsur logam berat yang berbahaya kepada tubuh manusia. Mereka tidak akan menghasilkan gas berbahaya pada suhu tinggi, juga tidak akan menghasilkan gas beracun, kabus asid dan bahan lain.
(3) Kitaran hayat yang panjang. Hayat kitaran litium besi fosfat biasanya lebih daripada 500 kali, yang jauh lebih tinggi daripada litium ternary, dan hayat perkhidmatannya boleh mencapai lebih daripada 10 tahun.
(4) Prestasi elektrokimia yang sangat baik. Bahan fosfat besi litium mempunyai prestasi kitaran tinggi dan prestasi kadar, dan boleh mengekalkan prestasi yang baik di bawah keadaan suhu rendah.
Apabila litar pintas berlaku dalam bahan katod litium besi fosfat, ia tidak akan menyebabkan situasi berbahaya seperti pembakaran atau letupan, dan juga tidak akan menghasilkan gas toksik, kabus asid, atau gas beracun dan bahan lain.
Kaedah penyediaan litium besi fosfat
Pada masa ini, kaedah penyediaan bahan fosfat besi litium terutamanya termasuk sintesis fasa pepejal suhu tinggi, pemendakan bersama, kaedah sol-gel dan hidroterma.
Kaedah sintesis fasa pepejal suhu tinggi: Kaedah sintesis fasa pepejal suhu tinggi merujuk kepada penyediaan bahan fosfat besi litium dengan morfologi tertentu dengan mengawal keadaan tindak balas pada suhu bilik. Prinsip utama sintesis fasa pepejal suhu tinggi adalah menggunakan haba yang dibebaskan apabila sumber karbon terurai untuk menjalankan tindak balas pada suhu rendah.
Dengan mengawal keadaan tindak balas, morfologi, saiz Zarah, kehabluran dan struktur kristal fosfat besi litium boleh dikawal, dengan itu menyediakan fosfat besi litium dengan morfologi dan bentuk kristal yang berbeza.
Kelebihannya ialah kos pengeluaran adalah rendah, tetapi kaedah sintesis fasa pepejal suhu tinggi mempunyai banyak kekurangan. Sebagai contoh, jika suhu terlalu tinggi, bijirin bahan akan tumbuh, mengakibatkan prestasi bahan yang lemah; harga bahan mentah adalah tinggi, dan kos pengeluaran adalah besar; semasa proses penyediaan Mudah menghasilkan bahan buangan seperti sisa cecair dan sisa buangan.
Kaedah pemendakan: Campurkan bahan mentah secara sekata dalam perkadaran tertentu, tambah bahan tambahan yang sesuai, bertindak balas pada suhu tertentu, tapis, basuh, dan keringkan untuk mendapatkan produk fosfat besi litium. Kaedah kerpasan bersama mempunyai proses pengeluaran yang mudah dan boleh mengawal morfologi dan saiz zarah produk. Ia kini merupakan kaedah penyediaan yang paling banyak digunakan. Prestasi produk litium besi fosfat yang disediakan melalui kaedah kerpasan bersama adalah agak stabil.
Kaedah sol-gel: merujuk kepada mencampurkan dahulu sumber karbon dan sumber aluminium dan kemudian menambahkannya kepada pelarut organik untuk mengacau dan menaikkan suhu sehingga mencapai suhu yang telah ditetapkan; kemudian larutan ditapis dan dibasuh, dikeringkan, ditaburkan dan dikisar pada suhu rendah untuk menyediakan fosfat besi nano. litium. Litium besi fosfat yang disintesis melalui kaedah ini mempunyai butiran halus, kehabluran tinggi dan prestasi yang stabil. Walau bagaimanapun, kaedah sol-gel mempunyai kos yang tinggi, proses penyediaan yang rumit, dan masalah serius penggumpalan produk.
Kebaikan dan keburukan menggunakan bahan fosfat besi litium untuk menghasilkan bateri kuasa
Kelebihan bahan litium besi fosfat: Bahan litium besi fosfat mempunyai kelebihan kapasiti khusus yang besar, hayat kitaran yang panjang, platform voltan rendah, keselamatan yang tinggi, dan kebolehsuaian alam sekitar yang kuat. Ia dianggap sebagai salah satu bahan katod bateri lithium-ion yang paling menjanjikan. . Selain itu, ia juga mempunyai ciri-ciri harga yang rendah dan sumber yang luas.
Masalah dengan bahan fosfat besi litium: kristal asid fosforik mudah terbentuk semasa proses penyediaan bahan fosfat besi litium, yang mengurangkan kekonduksiannya; struktur kristal litium besi fosfat berubah dengan ketara pada suhu tinggi dan mempunyai kestabilan yang lemah; ia terdedah kepada perubahan volum, yang membawa kepada pengecilan kapasiti; dan Asid organik yang dihasilkan oleh tindak balas elektrolit juga boleh menjejaskan prestasi bateri.
Langkah-langkah untuk meningkatkan prestasi bahan fosfat besi litium: Meningkatkan luas permukaan khusus dan saiz zarah bahan fosfat besi litium adalah langkah penting untuk meningkatkan prestasi elektrokimia bahan fosfat besi litium. Penyelidikan menunjukkan bahawa apabila saiz zarah dan kawasan permukaan tertentu meningkat, prestasi elektrokimia bahan fosfat besi litium juga meningkat. Di samping itu, mengoptimumkan elektrolit dan pengikat juga merupakan cara penting untuk meningkatkan prestasi bateri litium besi fosfat.
Permintaan pasaran litium besi fosfat berkembang pesat
Kenderaan tenaga baharu terus berkembang pesat
Industri kenderaan tenaga baharu global sedang memasuki peringkat baharu pembangunan dipercepatkan, yang bukan sahaja menyuntik momentum baharu yang kukuh ke dalam pertumbuhan ekonomi pelbagai negara, tetapi juga membantu mengurangkan pelepasan gas rumah hijau, menghadapi cabaran perubahan iklim, dan menambah baik persekitaran ekologi global .
Mulai 2021, purata pelepasan karbon dioksida bagi kereta penumpang baharu di EU tidak boleh lebih tinggi daripada 95 gram setiap kilometer. Menjelang 2025 dan 2030, mereka perlu dikurangkan masing-masing sebanyak 15% dan 37.5% atas dasar ini.
Pada 31 Mac, pentadbiran Biden di Amerika Syarikat mengumumkan bahawa ia akan memperuntukkan US$174 bilion untuk menyokong pembangunan industri kenderaan tenaga baharu, yang mana US$100 bilion akan digunakan secara langsung untuk subsidi pengguna. Majlis Negeri China merancang bahawa menjelang 2025, jualan kenderaan tenaga baharu akan menyumbang kira-kira 20% daripada jumlah jualan kereta baharu. (Sumber laporan: Future Think Tank)
Masa depan pasaran simpanan tenaga adalah menjanjikan
Berdasarkan tahap pengkomersilan teknologi pada penghujung tahun 2020, bateri litium masih merupakan teknologi penyimpanan tenaga baharu yang paling matang dengan perkadaran aplikasi tertinggi (hampir 90%).
“Pendapat Panduan Penyimpanan Tenaga Baharu” menunjukkan bahawa daripada 3.28GW pada akhir 2020 kepada 30GW pada 2025, dalam tempoh lima tahun akan datang (2020~2025), skala pasaran simpanan tenaga baharu negara saya akan berkembang kepada 10 kali ganda tahap semasa, dengan purata kadar pertumbuhan kompaun tahunan lebih daripada 55%.
Menurut ramalan CNESA, kadar pertumbuhan kompaun storan tenaga elektrokimia akan kekal pada sekitar 57% di bawah senario konservatif, dan akan melebihi 70% di bawah senario ideal, iaitu, jumlah kapasiti penyimpanan tenaga terpasang masing-masing akan mencapai 35.5GW dan 55.8GW menjelang 2025.
Dengan pembangunan senario penggunaan seperti penjanaan kuasa tenaga baharu dan storan tenaga serta storan tenaga isi rumah, kelebihan kos fosfat besi litium telah menjadi lebih menonjol. Penurunan kos bateri litium besi fosfat dijangka membuka pasaran penggantian bateri asid plumbum yang besar.
Sumber fosforus dan besi sangat diperlukan, dan kos penyepaduan adalah raja
Litium besi fosfat memacu permintaan untuk besi fosfat. Bekalan dan permintaan fosfat besi jangka pendek seimbang, dan bekalan jangka panjang longgar. Menurut statistik dari Baichuan Yingfu, sehingga September 2021, kapasiti pengeluaran fosfat besi negara saya ialah 356,000 tan, kadar operasi perusahaan terus meningkat, dan bekalan dan permintaan seimbang dengan ketat. Dengan mengandaikan bahawa 80% permintaan fosfat besi litium masa hadapan akan direalisasikan melalui laluan proses fosfat besi, permintaan global untuk fosfat besi litium sebanyak 2.724 juta tan pada tahun 2025 akan sepadan dengan kira-kira 2.09 juta tan permintaan fosfat besi. Menurut pelan kapasiti pengeluaran fosfat besi setakat September 2021, ia akan melebihi 300 tan. juta tan, kami menjangkakan bekalan fosfat besi mencukupi dalam jangka masa panjang.
Sumber besi: Syarikat titanium dioksida mempunyai kelebihan sumber besi apabila memasuki perniagaan fosfat besi litium
Syarikat titanium dioksida mempunyai sumber besi kos sifar dan menikmati kesan sinergi. Ferrous sulfate, hasil sampingan syarikat asid sulfurik titanium dioksida, adalah sumber besi dalam bahan mentah untuk pengeluaran fosfat besi litium. Pengeluaran satu tan titanium dioksida boleh menghasilkan kira-kira 3 tan ferus sulfat. Sukar untuk memproses sejumlah besar sisa pepejal ferus sulfat. Penimbunan dan pelupusan menyebabkan masalah pencemaran alam sekitar dan pembaziran sumber. Selepas pra-rawatan, sisa pepejal ferus sulfat boleh digunakan untuk menghasilkan fosfat besi gred bateri, dan kemudian menghasilkan bahan bateri fosfat besi litium, yang meningkatkan penggunaan sumber, mengurangkan kos bahan mentah pengeluaran fosfat besi litium, dan mempunyai kesan sinergi yang ketara. . Dikira berdasarkan purata harga pasaran bahan mentah pada 21H1, bekalan sumber besi boleh menjimatkan kos 1,676 yuan bagi setiap tan berbanding perusahaan penyumberan luar sumber besi. Oleh kerana laluan proses untuk ferus sulfat untuk menyediakan bahan bateri fosfat besi litium dibuka secara beransur-ansur, ia telah membawa peluang kepada keseluruhan industri titanium dioksida. Sesetengah syarikat telah mengambil produk sulfat ferus yang telah dimurnikan, manakala syarikat lain telah mengambil kesempatan daripada kelebihan sumber mereka untuk merebut peluang memasuki bateri tenaga baharu. bidang bahan.
Sumber fosforus: Syarikat kimia fosforus mempunyai kelebihan kos apabila memasuki industri fosfat besi litium
Syarikat pembekal sumber fosforus mempunyai kelebihan kos yang lebih besar. Mengikut pengiraan harga pasaran purata pada 21H1, jika asid fosforik ketulenan tinggi 85% dibeli sebagai sumber fosforus, kos sumber fosforus bagi satu tan fosfat besi litium adalah lebih kurang 4,124 yuan. Bagi perusahaan sumber batu fosfat yang menggunakan teknologi penulenan basah untuk menghasilkan asid fosforik dengan sendirinya, kos setiap tan ialah Kos sumber fosforus setiap tan fosfat besi litium ialah kira-kira 1,989 yuan/tan. Syarikat fosfat besi litium yang menyediakan sumber fosforus mereka sendiri mempunyai kelebihan kos kira-kira 2,135 yuan/tan. Berbanding dengan syarikat titanium dioksida yang menyediakan sumber besi, mereka mempunyai kelebihan kos yang lebih besar.
Litium besi fosfat telah banyak meningkatkan nilai tambah sumber fosforus. Dalam bidang baja pertanian tradisional, satu tan baja pertanian monoammonium fosfat memerlukan kira-kira 1.75 tan batu fosfat, dan satu tan batu fosfat boleh menjana keuntungan kira-kira 172 yuan. Penggunaan unit bijih fosfat fosfat besi litium adalah kira-kira 2.26 tan. Menurut harga pasaran purata 21H1, keuntungan industri satu tan fosfat besi litium adalah kira-kira 4,439 yuan, jadi satu tan bijih fosfat sepadan dengan margin keuntungan sebanyak 1,964 yuan. Litium besi fosfat mempunyai nilai tambah yang tinggi dan boleh membawa lebih daripada 10 kali ganda pendapatan baja pertanian, membuka tingkap untuk penambahbaikan penilaian bagi syarikat kimia fosforus.
Syarikat kimia fosforus mempunyai sumber fosforus dan pengumpulan teknologi. Asid fosforik ketulenan tinggi untuk bateri atau monoammonium fosfat gred industri ialah bahan sumber fosforus yang penting dalam pengeluaran fosfat besi litium. Syarikat kimia fosforus tradisional mempunyai kelebihan sumber fosforus; dalam jangka pendek, syarikat yang mempunyai kapasiti pengeluaran ammonium fosfat ketulenan tinggi/ammonium fosfat gred industri akan mempunyai fosfat besi Sumber fosforus langsung litium, menguasai sumber dan kelebihan teknologi.