磷酸鐵鋰是個什么鬼
磷酸鐵鋰是一種新型鋰離子電池正極材料,分子式LiFeP04,簡稱LFP,應用領(lǐng)域十分廣泛。
·大型電動車輛:公交車、電動汽車、景點游覽車及混合動力車等;
·輕型電動車:電動自行車、高爾夫球車等;
·電動工具:電鉆、電鋸、割草機等;
·小型設(shè)備:智能機、無人機、醫(yī)療器械等;
·軍事和航天用動力電池;
·太陽能及風力發(fā)電的儲能設(shè)備......
磷酸鐵鋰的主材組成如下:
項目 |
單位 |
技術(shù)標準 |
鋰(Li) |
% |
4.3±0.5 |
鐵(Fe) |
% |
34.0±1.5 |
磷(P) |
% |
19.0±1.0 |
碳(C) |
% |
1.6±0.2 |
(朗泰內(nèi)控)
磷酸鐵鋰的物理特性如下:
項目 |
單位 |
技術(shù)標準 |
測試方法 |
|
外觀 |
/ |
黑灰色粉末,顏色均一,無結(jié)塊 |
目視 |
|
粒度分布 |
D10 |
µm |
≥0.5 |
馬爾文 |
D50 |
2.5±1 |
|||
D97 |
≤20.0 |
|||
松裝密度 |
g/cm³ |
≥0.5 |
振實密度儀 |
|
振實密度 |
g/cm³ |
≥1.0 |
振實密度儀 |
|
壓實密度 |
g/cm³ |
2.2~2.5 |
/ |
|
比表面積 |
m²/g |
13~17 |
GB/T 6284-2006 |
(朗泰內(nèi)控)
磷酸鐵鋰的電化學特性如下:
項目 |
單位 |
技術(shù)標準 |
測試方法 |
首次放電容量(0.1C) |
mAh/g |
≥158 |
半電池 |
首次放電容量(0.2C) |
≥155 |
||
放電容量(1C) |
≥132 |
||
首次放電效率(0.2C) |
% |
≥95 |
|
中值電壓(0.1C) |
V |
≥3.39 |
|
循環(huán)性能(1C) |
/ |
≥2000 |
全電池 14500 |
低溫性能(0.2C)(-20℃) |
% |
≥70% |
(朗泰內(nèi)控)
磷酸鐵鋰的前世今生
自1996年日本的NTT首次披露AyMPO4(A為堿金屬,M為Co,Fe兩者之組合LiFeCoPO4)的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后,1997年美國德州大學的約翰·B·古迪納夫(John. B. Goodenough)教授等研究團隊,也接著報道了LiFePO4 的可逆性地遷入脫出鋰的特性,美國與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)(LiMPO4),使得該材料受到了極大的重視,并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料,尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4 和層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2相比,LiMPO4 的原物料來源更廣泛、價格更低廉且無環(huán)境污染。
2002年,磷酸鐵鋰(LFP)首次被美國Valance公司產(chǎn)業(yè)化,隨即引起了中國市場的廣泛關(guān)注。從2004年開始,我國掀起了一股投資磷酸鐵鋰材料和磷酸鐵鋰動力電池的熱潮,隨后,它成為我國正極材料的主要產(chǎn)品。
根據(jù)鐵源的來源,磷酸鐵鋰的制程工藝主要有三種:磷酸鐵工藝、草酸亞鐵工藝、氧化鐵紅工藝。而由于磷酸鐵工藝在能量密度上更有優(yōu)勢一些,目前正成為主流。
制造工藝如下:
我國磷酸鐵鋰的開發(fā)研究比較晚,但近年來發(fā)展非常迅速,已經(jīng)成為了全球磷酸鐵鋰的生產(chǎn)和消費大國。根據(jù)鑫欏資訊統(tǒng)計,2016年磷酸鐵鋰產(chǎn)量達到7.39萬噸,同比增長超過100%。
朗泰認為,磷酸鐵鋰電池的安全性決定了其在大巴車上的不可替代性,后續(xù)市場的增長仍有廣闊空間。另一方面,磷酸鐵鋰的長壽命及低成本為即將爆發(fā)的儲能市場提供了更為明顯的競爭優(yōu)勢,而隨著石墨烯、碳納米管等添加劑工藝技術(shù)的成熟,使之與磷酸鐵鋰配合使用將會大大提高磷酸鐵鋰電池的能量密度。
盡管磷酸鐵鋰具有較多優(yōu)勢,但仍然避免不了來自三元材料的正面挑戰(zhàn):
正極材料 |
磷酸鐵鋰 |
三元材料 |
晶型 |
橄欖石狀 |
層狀 |
工作電壓/V |
3.4 |
3.7 |
材料電容量(mAh/g) |
160 |
160-190 |
質(zhì)量比能量(Wh/kg) |
130 |
170 |
循環(huán)壽命/次 |
﹥2000 |
800 |
成本(元/kg) |
100-120 |
150-200 |
優(yōu)點 |
●高穩(wěn)定性 ●安全可靠 ●鐵磷資源豐富 |
●能量密度高 ●倍率性能好 |
缺點 |
●低溫性能一般 ●質(zhì)量比能量低 |
●鎳鈷資源稀缺且價格昂貴●安全性差
|
能量密度、倍率和壽命等都是衡量鋰離子電池正極材料的關(guān)鍵指標。隨著新能源汽車行業(yè)以及儲能行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步,預計未來正極材料行業(yè)在細分的磷酸鐵鋰以及三元材料方面將成為正極材料產(chǎn)業(yè)增長的主要驅(qū)動力。同時也預示著磷酸鐵鋰和三元材料的市場博弈會更加劇烈。
短期內(nèi)鋰離子電池各材料之間以及技術(shù)路線之爭還有待業(yè)界大咖們繼續(xù)研究和探討,目前,磷酸鐵鋰和三元材料電池已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于其它材料。磷酸鐵鋰的安全、穩(wěn)定方面有優(yōu)勢,而能量密度較低卻是繞之不過的痛點,三元材料的綜合性能優(yōu)異,但鎳鈷資源、成本的短板也不得不重視。
關(guān)于朗泰:
河南朗泰新能源有限公司自2009年開始一直專心、專注于磷酸鐵鋰材料的研發(fā)制造。
朗泰在三方面助力磷酸鐵鋰材料的創(chuàng)新及品質(zhì)的提高:
一是克容量提高。磷酸鐵鋰理論容量為170 mAh/g,我們通過摻雜改性生產(chǎn)出的材料實際容量0.1C可高達162 mAh/g,已經(jīng)非常接近理論容量。
二是改善低溫性能。我們?yōu)榱诉m應北方市場,通過將材料納米化研磨,新推出的材料在-20℃的低溫下性能大于80%。
三是提高壓實密度?,F(xiàn)在磷酸鐵鋰市場普遍壓實密度不超過2.25g/㎝?,而我們已推出2.5—2.6g/cm?的高壓實磷酸鐵鋰。