Lithium-ijzerfosfaat is een elektrodemateriaal voor lithium-ionbatterijen met de chemische formule LiFePO4 (kortweg LFP). Het wordt voornamelijk gebruikt in verschillende lithium-ionbatterijen. Sinds de Japanse NTT in 1996 voor het eerst het kathodemateriaal van de lithiumbatterij met olivijnstructuur van AyMPO4 (A is een alkalimetaal, M is een combinatie van CoFe: LiFeCoPO4) onthulde, heeft John. B. Goodenough en anderen van de Universiteit van Texas in Austin in de Verenigde Staten bestudeerden de groep vervolgens ook de omkeerbare overdracht van lithium naar en uit LiFePO4.
De Verenigde Staten en Japan publiceerden toevallig de olivijnstructuur (LiMPO4), die grote aandacht voor dit materiaal trok en voor uitgebreid onderzoek en snelle ontwikkeling zorgde. Vergeleken met traditionele lithium-ion secundaire batterijkathodematerialen, spinelstructuur LiMn2O4 en gelaagde structuur LiCoO2, beschikt LiMPO4 over bredere bronnen van grondstoffen, is goedkoper en kent geen milieuvervuiling.
Basiskenmerken van lithiumijzerfosfaat
Lithium-ijzerfosfaat is momenteel het meest veelbelovende kathodemateriaal in lithium-ionbatterijen. Vergeleken met andere kathodematerialen heeft het de volgende voordelen:
(1) Lage kosten. Vergeleken met ternaire kathodematerialen is lithiumijzerfosfaat relatief goedkoop, heeft het een relatief eenvoudig productieproces en veroorzaakt het weinig milieuvervuiling.
(2) De accu heeft een goede veiligheid. Lithiumijzerfosfaatmaterialen bevatten geen zware metalen elementen die schadelijk zijn voor het menselijk lichaam. Ze produceren bij hoge temperaturen geen schadelijke gassen, noch produceren ze giftige gassen, zure nevel en andere stoffen.
(3) Lange levensduur. De levensduur van lithiumijzerfosfaat is gewoonlijk meer dan 500 keer, wat veel hoger is dan die van ternair lithium, en de levensduur kan meer dan 10 jaar bedragen.
(4) Uitstekende elektrochemische prestaties. Lithium-ijzerfosfaatmaterialen hebben hoge cyclusprestaties en snelheidsprestaties, en kunnen goede prestaties behouden onder lage temperatuuromstandigheden.
Wanneer er een kortsluiting optreedt in het lithiumijzerfosfaatkathodemateriaal, zal dit geen gevaarlijke situaties veroorzaken zoals verbranding of explosie, noch zullen er giftige gassen, zure nevel of giftige gassen en andere stoffen worden geproduceerd.
Bereidingswijze van lithiumijzerfosfaat
Momenteel omvatten de bereidingsmethoden van lithiumijzerfosfaatmaterialen voornamelijk vaste-fasesynthese bij hoge temperatuur, co-precipitatie, sol-gel en hydrothermische methoden.
Synthesemethode in vaste fase bij hoge temperatuur: De vaste-fasesynthesemethode bij hoge temperatuur verwijst naar de bereiding van lithiumijzerfosfaatmaterialen met specifieke morfologie door de reactieomstandigheden bij kamertemperatuur te regelen. Het belangrijkste principe van vaste-fasesynthese bij hoge temperatuur is het gebruik van de warmte die vrijkomt wanneer de koolstofbron wordt ontleed om de reactie bij lage temperatuur uit te voeren.
Door de reactieomstandigheden te controleren kunnen de morfologie, deeltjesgrootte, kristalliniteit en kristalstructuur van lithiumijzerfosfaat worden gecontroleerd, waardoor lithiumijzerfosfaat met verschillende morfologieën en kristalvormen wordt bereid.
Het voordeel is dat de productiekosten laag zijn, maar de vaste-fasesynthesemethode bij hoge temperatuur heeft veel tekortkomingen. Als de temperatuur bijvoorbeeld te hoog is, zullen de materiaalkorrels groeien, wat resulteert in slechte materiaalprestaties; de prijs van grondstoffen is hoog en de productiekosten zijn hoog; tijdens het bereidingsproces Er ontstaat gemakkelijk afval zoals afvalvloeistof en afvalresten.
Neerslag methode: Meng de grondstoffen gelijkmatig in een bepaalde verhouding, voeg de juiste additieven toe, reageer bij een bepaalde temperatuur, filter, was en droog om lithiumijzerfosfaatproducten te verkrijgen. De co-precipitatiemethode heeft een eenvoudig productieproces en kan de morfologie en deeltjesgrootte van het product controleren. Het is momenteel de meest gebruikte bereidingswijze. De prestaties van lithiumijzerfosfaatproducten bereid via de co-precipitatiemethode zijn relatief stabiel.
Sol-gel-methode: verwijst naar het eerst mengen van de koolstofbron en de aluminiumbron en deze vervolgens toevoegen aan het organische oplosmiddel om te roeren en de temperatuur te verhogen totdat deze een vooraf bepaalde temperatuur bereikt; vervolgens wordt de oplossing gefilterd en gewassen, gedroogd, gedispergeerd en gemalen bij lage temperatuur om nano-ijzerfosfaat te bereiden. lithium. Het volgens deze methode gesynthetiseerde lithiumijzerfosfaat heeft fijne korrels, hoge kristalliniteit en stabiele prestaties. De sol-gel-methode heeft echter hoge kosten, een ingewikkeld bereidingsproces en ernstige problemen met betrekking tot productagglomeratie.
Voor- en nadelen van het gebruik van lithiumijzerfosfaatmaterialen om stroombatterijen te produceren
Voordelen van lithium-ijzerfosfaatmaterialen: Lithium-ijzerfosfaatmaterialen hebben de voordelen van een grote specifieke capaciteit, een lange levensduur, een laagspanningsplatform, hoge veiligheid en een sterk aanpassingsvermogen aan de omgeving. Ze worden beschouwd als een van de meest veelbelovende kathodematerialen voor lithium-ionbatterijen. . Bovendien heeft het ook de kenmerken van een lage prijs en een brede bron.
Problemen met lithiumijzerfosfaatmaterialen: fosforzuurkristallen worden gemakkelijk gevormd tijdens het bereidingsproces van lithiumijzerfosfaatmaterialen, waardoor de geleidbaarheid ervan afneemt; de kristalstructuur van lithiumijzerfosfaat verandert sterk bij hoge temperaturen en heeft een slechte stabiliteit; het is gevoelig voor volumeveranderingen, wat leidt tot capaciteitsverzwakking; en organische zuren die worden gegenereerd door elektrolytreacties kunnen ook de prestaties van de batterij negatief beïnvloeden.
Maatregelen om de prestaties van lithiumijzerfosfaatmaterialen te verbeteren: Het verbeteren van het specifieke oppervlak en de deeltjesgrootte van lithiumijzerfosfaatmaterialen zijn belangrijke maatregelen om de elektrochemische prestaties van lithiumijzerfosfaatmaterialen te verbeteren. Onderzoek toont aan dat naarmate de deeltjesgrootte en het specifieke oppervlak toenemen, de elektrochemische prestaties van lithiumijzerfosfaatmaterialen ook toenemen. Daarnaast is het optimaliseren van het elektrolyt en bindmiddel ook een belangrijk middel om de prestaties van lithiumijzerfosfaatbatterijen te verbeteren.
De vraag op de markt voor lithiumijzerfosfaat groeit snel
Nieuwe energievoertuigen blijven in opkomst
De wereldwijde industrie voor nieuwe energievoertuigen gaat een nieuwe fase van versnelde ontwikkeling in, die niet alleen een sterke nieuwe impuls geeft aan de economische groei van verschillende landen, maar ook helpt de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, de uitdagingen van de klimaatverandering het hoofd te bieden en de mondiale ecologische omgeving te verbeteren. .
Vanaf 2021 mag de gemiddelde CO2-uitstoot van nieuwe personenauto’s in de EU niet hoger zijn dan 95 gram per kilometer. Op deze basis zullen ze tegen 2025 en 2030 met respectievelijk 15% en 37,5% moeten worden verlaagd.
Op 31 maart kondigde de regering-Biden in de Verenigde Staten aan dat zij $174 miljard dollar zou vrijmaken om de ontwikkeling van de nieuwe energievoertuigenindustrie te ondersteunen, waarvan $100 miljard rechtstreeks zal worden gebruikt voor consumentensubsidies. De Chinese Staatsraad is van plan dat tegen 2025 de verkoop van nieuwe energievoertuigen ongeveer 20% van de totale verkoop van nieuwe auto's zal uitmaken. (Rapportbron: Future Think Tank)
De toekomst van de markt voor energieopslag is veelbelovend
Afgaande op de mate van commercialisering van de technologie eind 2020 zijn lithiumbatterijen nog steeds de meest volwassen nieuwe energieopslagtechnologie met het hoogste toepassingspercentage (bijna 90%).
De “New Energy Storage Guidance Opinions” wijzen erop dat de schaal van de nieuwe markt voor energieopslag in mijn land, van 3,28 GW eind 2020 tot 30 GW in 2025, in de komende vijf jaar (2020-2025) zal toenemen tot tien maal de omvang van de nieuwe markt voor energieopslag. huidige niveau, met een gemiddelde jaarlijkse samengestelde groei van meer dan 55%.
Volgens de voorspellingen van CNESA zal de samengestelde groeisnelheid van de elektrochemische energieopslag in conservatieve scenario's rond de 57% blijven, en onder ideale scenario's de 70% overschrijden. Dat wil zeggen dat de totale geïnstalleerde energieopslagcapaciteit in 2025 respectievelijk 35,5GW en 55,8GW zal bereiken.
Met de ontwikkeling van gebruiksscenario's zoals de opwekking en opslag van nieuwe energie en energieopslag voor huishoudens, is het kostenvoordeel van lithiumijzerfosfaat prominenter geworden. De dalende kosten van lithium-ijzerfosfaatbatterijen zullen naar verwachting een enorme vervangingsmarkt voor loodzuurbatterijen openen.
Fosfor- en ijzerbronnen zijn onmisbaar, en de integratiekosten zijn koning
Lithiumijzerfosfaat drijft de vraag naar ijzerfosfaat op. Op de korte termijn zijn vraag en aanbod van ijzerfosfaat nauw in evenwicht, terwijl het aanbod op de lange termijn zwak is. Volgens statistieken van Baichuan Yingfu bedraagt de productiecapaciteit van ijzerfosfaat in mijn land per september 2021 356.000 ton, blijft de bedrijfssnelheid van ondernemingen toenemen en zijn vraag en aanbod nauw in evenwicht. Ervan uitgaande dat 80% van de toekomstige vraag naar lithiumijzerfosfaat zal worden gerealiseerd via het procestraject van ijzerfosfaat, zal de mondiale vraag naar lithiumijzerfosfaat van 2,724 miljoen ton in 2025 overeenkomen met ongeveer 2,09 miljoen ton vraag naar ijzerfosfaat. Volgens het productiecapaciteitsplan voor ijzerfosfaat zal deze vanaf september 2021 de 300 ton overschrijden. miljoen ton verwachten wij op de langere termijn voldoende aanbod van ijzerfosfaat.
IJzerbron: Titaandioxidebedrijven hebben het voordeel van een ijzerbron bij het betreden van de lithiumijzerfosfaatsector
Titaandioxidebedrijven beschikken over gratis ijzerbronnen en profiteren van synergetische effecten. Ferrosulfaat, een bijproduct van de zwavelzuur-titaandioxide-onderneming, is de bron van ijzer in de grondstoffen voor de productie van lithiumijzerfosfaat. De productie van één ton titaniumdioxide kan ongeveer 3 ton ferrosulfaat opleveren. Het is moeilijk om een grote hoeveelheid vast ijzersulfaatafval te verwerken. Stapelen en weggooien veroorzaakt problemen met milieuvervuiling en verspilling van hulpbronnen. Na voorbehandeling kan vast ijzersulfaatafval worden gebruikt om ijzerfosfaat van batterijkwaliteit te produceren en vervolgens lithiumijzerfosfaatbatterijmaterialen te produceren, wat het gebruik van hulpbronnen verbetert, de grondstofkosten van de productie van lithiumijzerfosfaat verlaagt en aanzienlijke synergetische effecten heeft. . Berekend op basis van de gemiddelde marktprijs voor grondstoffen in 21H1, kan de levering van ijzerbronnen een kostenbesparing van 1.676 yuan per ton opleveren in vergelijking met bedrijven die ijzerbronnen uitbesteden. Nu het procespad voor ferrosulfaat voor de bereiding van lithium-ijzerfosfaat-batterijmaterialen geleidelijk wordt opengesteld, heeft dit kansen gebracht voor de hele titaniumdioxide-industrie. Sommige bedrijven hebben gezuiverde ferrosulfaatproducten weggenomen, terwijl andere bedrijven gebruik hebben gemaakt van hun hulpbronnenvoordelen om de kans te grijpen om nieuwe energiebatterijen te introduceren. materialen veld.
Fosforbron: Fosforchemische bedrijven hebben kostenvoordelen bij het betreden van de lithiumijzerfosfaatindustrie
Bedrijven die fosfor leveren, hebben grotere kostenvoordelen. Volgens de berekening van de gemiddelde marktprijs in 21H1, als 85% fosforzuur van hoge zuiverheid wordt gekocht als fosforbron, bedragen de fosforbronkosten van een enkele ton lithiumijzerfosfaat ongeveer 4.124 yuan. Voor bedrijven op het gebied van fosfaaterts die natte zuiveringstechnologie gebruiken om zelf fosforzuur te produceren, bedragen de kosten per ton. De kosten van de fosforbron per ton lithiumijzerfosfaat bedragen ongeveer 1.989 yuan/ton. Lithiumijzerfosfaatbedrijven die hun eigen fosforbronnen leveren, hebben een kostenvoordeel van ongeveer 2.135 yuan/ton. Vergeleken met titaandioxidebedrijven die ijzerbronnen leveren, hebben ze een groter kostenvoordeel.
Lithiumijzerfosfaat heeft de toegevoegde waarde van fosforbronnen sterk vergroot. Op het gebied van de traditionele landbouwmeststoffen is voor één ton landbouwmeststof monoammoniumfosfaat ongeveer 1,75 ton fosfaatgesteente nodig, en een enkele ton fosfaatgesteente kan een winst van ongeveer 172 yuan opleveren. Het verbruik per eenheid lithiumijzerfosfaaterts bedraagt ongeveer 2,26 ton. Volgens de gemiddelde marktprijs voor het eerste halfjaar bedraagt de winst van één ton lithiumijzerfosfaat ongeveer 4.439 yuan, dus komt één ton fosfaaterts overeen met een winstmarge van 1.964 yuan. Lithiumijzerfosfaat heeft een hoge toegevoegde waarde en kan meer dan tien keer de inkomsten uit landbouwmeststoffen opleveren, wat een venster opent voor waarderingsverbetering voor fosforchemische bedrijven.
Fosforchemische bedrijven beschikken over fosforbronnen en technologische accumulatie. Hoogzuiver fosforzuur voor batterijen of monoammoniumfosfaat van industriële kwaliteit is een belangrijk fosforbronmateriaal bij de productie van lithiumijzerfosfaat. Traditionele fosforchemische bedrijven hebben voordelen op het gebied van fosforbronnen; op korte termijn zullen bedrijven met een productiecapaciteit van zeer zuiver ammoniumfosfaat/ammoniumfosfaat van industriële kwaliteit beschikken over ijzerfosfaat. Een directe fosforbron van lithium, die hulpbronnen en technologische voordelen beheerst.
