Литий-железо-фосфат представляет собой материал электродов литий-ионных аккумуляторов с химической формулой LiFePO4 (сокращенно LFP). В основном он используется в различных литий-ионных батареях. Поскольку NTT Японии впервые обнаружил катодный материал литиевой батареи AyMPO4 со структурой оливина (A — щелочной металл, M — комбинация CoFe: LiFeCoPO4) в 1996 году, в 1997 году Джон. Б. Гуденаф и другие из Техасского университета в Остине, США, изучали эту группу. Впоследствии группа также сообщила об обратимом переносе лития в LiFePO4 и из него.
Соединенные Штаты и Япония случайно опубликовали структуру оливина (LiMPO4), что привлекло большое внимание к этому материалу и вызвало обширные исследования и быстрые разработки. По сравнению с традиционными катодными материалами литий-ионных вторичных аккумуляторов, шпинельной структурой LiMn2O4 и слоистой структурой LiCoO2, LiMPO4 имеет более широкие источники сырья, дешевле и не загрязняет окружающую среду.
Основные характеристики литий-железофосфата
Литий-железофосфат в настоящее время является наиболее перспективным катодным материалом в литий-ионных батареях. По сравнению с другими катодными материалами он имеет следующие преимущества:
(1) Низкая стоимость. По сравнению с тройными катодными материалами литий-железо-фосфат относительно дешев, имеет относительно простой производственный процесс и мало загрязняет окружающую среду.
(2) батарея имеет хорошую безопасность. Литий-железофосфатные материалы не содержат элементов тяжелых металлов, вредных для организма человека. Они не будут выделять вредные газы при высоких температурах, а также не будут выделять ядовитый газ, кислотный туман и другие вещества.
(3) Длительный срок службы. Срок службы литий-железо-фосфата обычно превышает 500 раз, что намного выше, чем у тройного лития, а срок его службы может достигать более 10 лет.
(4) Отличные электрохимические характеристики. Литий-железо-фосфатные материалы обладают высокими циклическими и скоростными характеристиками и могут сохранять хорошие характеристики в условиях низких температур.
Когда в катодном материале литий-железо-фосфатного материала происходит короткое замыкание, это не вызывает опасных ситуаций, таких как возгорание или взрыв, а также не приводит к образованию токсичных газов, кислотного тумана, ядовитых газов и других веществ.
Способ получения литий-железофосфата
В настоящее время методы получения литий-железофосфатных материалов в основном включают высокотемпературный твердофазный синтез, соосаждение, золь-гель и гидротермальные методы.
Метод высокотемпературного твердофазного синтеза: Метод высокотемпературного твердофазного синтеза относится к получению материалов из фосфата лития и железа с определенной морфологией путем контроля условий реакции при комнатной температуре. Основной принцип высокотемпературного твердофазного синтеза заключается в использовании тепла, выделяющегося при разложении источника углерода, для проведения реакции при низкой температуре.
Контролируя условия реакции, можно контролировать морфологию, размер частиц, кристалличность и кристаллическую структуру фосфата лития-железа, тем самым получая фосфат лития-железа с различной морфологией и кристаллическими формами.
Преимущество состоит в том, что себестоимость производства невысока, однако метод высокотемпературного твердофазного синтеза имеет множество недостатков. Например, если температура слишком высокая, зерна материала будут расти, что приведет к ухудшению характеристик материала; цена сырья высока, а себестоимость велика; В процессе приготовления легко образуются отходы, такие как отработанная жидкость и остатки отходов.
Метод осаждения: Смешайте сырье равномерно в определенной пропорции, добавьте соответствующие добавки, проведите реакцию при определенной температуре, отфильтруйте, промойте и высушите для получения продуктов из фосфата лития и железа. Метод совместного осаждения отличается простым производственным процессом и позволяет контролировать морфологию и размер частиц продукта. В настоящее время это наиболее широко используемый метод приготовления. Характеристики продуктов из фосфата лития и железа, полученных методом совместного осаждения, относительно стабильны.
Золь-гель метод: относится к первому смешиванию источника углерода и источника алюминия, а затем добавлению их к органическому растворителю для перемешивания и повышения температуры до тех пор, пока она не достигнет заданной температуры; затем раствор фильтруют, промывают, сушат, диспергируют и измельчают при низкой температуре для получения нанофосфата железа. литий. Фосфат лития-железа, синтезированный этим методом, имеет мелкие зерна, высокую кристалличность и стабильные характеристики. Однако золь-гель метод имеет высокую стоимость, сложный процесс приготовления и серьезные проблемы агломерации продукта.
Преимущества и недостатки использования литий-железофосфатных материалов для производства силовых аккумуляторов
Преимущества литий-железо-фосфатных материалов: Литий-железо-фосфатные материалы обладают такими преимуществами, как большая удельная емкость, длительный срок службы, платформа низкого напряжения, высокая безопасность и высокая адаптируемость к окружающей среде. Они считаются одними из наиболее перспективных катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. . Кроме того, он также имеет низкую цену и широкий источник.
Проблемы с литий-железо-фосфатными материалами: в процессе приготовления литий-железо-фосфатных материалов легко образуются кристаллы фосфорной кислоты, что снижает их проводимость; кристаллическая структура фосфата лития-железа сильно изменяется при высоких температурах и имеет плохую стабильность; он склонен к изменениям объема, что приводит к снижению емкости; Органические кислоты, образующиеся в результате электролитных реакций, также могут отрицательно влиять на работу аккумулятора.
Меры по улучшению характеристик литий-железо-фосфатных материалов: Улучшение удельной поверхности и размера частиц литий-железо-фосфатных материалов является важными мерами по улучшению электрохимических характеристик литий-железо-фосфатных материалов. Исследования показывают, что по мере увеличения размера частиц и удельной поверхности электрохимические характеристики литий-железо-фосфатных материалов также увеличиваются. Кроме того, оптимизация электролита и связующего также является важным средством улучшения характеристик литий-железо-фосфатных батарей.
Спрос на литий-железофосфатный рынок быстро растет
Транспортные средства на новых источниках энергии продолжают процветать
Мировая автомобильная индустрия на новых источниках энергии вступает в новый этап ускоренного развития, который не только придаёт новый мощный импульс экономическому росту различных стран, но также помогает сократить выбросы парниковых газов, справиться с проблемами изменения климата и улучшить глобальную экологическую среду. .
Начиная с 2021 года средний уровень выбросов углекислого газа новых легковых автомобилей в ЕС не должен превышать 95 граммов на километр. К 2025 и 2030 годам их необходимо будет сократить на 15% и 37,5% соответственно.
31 марта администрация Байдена в США объявила, что выделит 14 трлн 174 млрд долларов США на поддержку развития индустрии транспортных средств на новых источниках энергии, из которых 1 4 трлн 100 млрд долларов США будут использованы непосредственно на потребительские субсидии. Государственный совет Китая планирует, что к 2025 году продажи автомобилей на новых источниках энергии составят около 20% от общего объема продаж новых автомобилей. (Источник отчета: Аналитический центр будущего)
Будущее рынка хранения энергии многообещающее
Судя по степени коммерциализации технологий в конце 2020 года, литиевые батареи по-прежнему остаются наиболее зрелой новой технологией хранения энергии с самой высокой долей применения (почти 90%).
В «Новых рекомендациях по хранению энергии» отмечается, что с 3,28 ГВт в конце 2020 года до 30 ГВт в 2025 году, в течение следующих пяти лет (2020–2025 годы) масштаб нового рынка хранения энергии в моей стране увеличится в 10 раз. нынешнем уровне, со среднегодовым совокупным темпом роста более 55%.
По прогнозам CNESA, совокупный темп роста электрохимических накопителей энергии останется на уровне около 57% при консервативных сценариях и превысит 70% при идеальных сценариях, то есть общая установленная мощность накопителей энергии достигнет 35,5 ГВт и 55,8 ГВт соответственно к 2025 году.
С развитием сценариев использования, таких как производство новой энергии и ее хранение, а также бытовое хранение энергии, ценовое преимущество литий-железо-фосфата стало более заметным. Ожидается, что снижение стоимости литий-железо-фосфатных батарей откроет огромный рынок замены свинцово-кислотных батарей.
Ресурсы фосфора и железа незаменимы, и стоимость интеграции имеет решающее значение.
Литий-железо-фосфат повышает спрос на фосфат железа. Краткосрочное предложение и спрос на фосфат железа жестко сбалансированы, а долгосрочное предложение нестабильно. Согласно статистике Байчуань Инфу, по состоянию на сентябрь 2021 года мощность производства фосфата железа в моей стране составляет 356 000 тонн, производительность предприятий продолжает расти, а спрос и предложение жестко сбалансированы. Если предположить, что 80% будущей потребности в литий-железофосфате будет реализовано через технологический путь фосфата железа, глобальный спрос на литий-железофосфат в размере 2,724 миллиона тонн в 2025 году будет соответствовать примерно 2,09 миллионам тонн потребности в фосфате железа. По плану мощности по производству фосфоритов на сентябрь 2021 года она превысит 300 тонн. миллионов тонн, мы ожидаем достаточных поставок фосфата железа в долгосрочной перспективе.
Источник железа: компании, производящие диоксид титана, имеют преимущество источника железа при входе в бизнес по производству литий-железофосфата.
Компании, производящие диоксид титана, имеют источники железа с нулевой стоимостью и получают синергетический эффект. Источником железа в сырье для производства литий-железофосфата является сульфат железа – побочный продукт сернокислотного предприятия по производству диоксида титана. При производстве одной тонны диоксида титана можно получить примерно 3 тонны сульфата железа. Переработать большое количество твердых отходов сульфата железа сложно. Укладка и утилизация вызывают проблемы загрязнения окружающей среды и приводят к расточительству ресурсов. После предварительной обработки твердые отходы сульфата железа можно использовать для производства фосфата железа аккумуляторного типа, а затем производить материалы для литий-железо-фосфатных аккумуляторов, что улучшает использование ресурсов, снижает стоимость сырья для производства литий-железо-фосфата и имеет значительный синергетический эффект. . Рассчитано на основе средней рыночной цены на сырье в 21П1. Поставка железа может сэкономить 1676 юаней за тонну по сравнению с аутсорсинговыми предприятиями по производству железа. Поскольку технологический путь использования сульфата железа для подготовки материалов для литий-железо-фосфатных аккумуляторов постепенно открывается, это открывает новые возможности для всей промышленности по производству диоксида титана. Некоторые компании забрали продукты из очищенного сульфата железа, в то время как другие компании воспользовались своими преимуществами в ресурсах, чтобы воспользоваться возможностью внедрения новых энергетических батарей. поле материалов.
Источник фосфора: химические компании, производящие фосфор, имеют ценовые преимущества при выходе на рынок литий-железо-фосфата.
Компании-поставщики источников фосфора имеют большие преимущества в затратах. Согласно расчету средней рыночной цены в 21П1, если в качестве источника фосфора приобретается фосфорная кислота высокой чистоты 85%, стоимость источника фосфора для одной тонны литий-железофосфата составляет примерно 4124 юаня. Для предприятий по добыче фосфоритов, которые самостоятельно используют технологию влажной очистки для производства фосфорной кислоты, стоимость одной тонны составляет около 1989 юаней за тонну. Компании, производящие литий-железо-фосфат, которые предоставляют собственные источники фосфора, имеют ценовое преимущество около 2135 юаней/тонну. По сравнению с компаниями, производящими диоксид титана, которые поставляют источники железа, они имеют большее ценовое преимущество.
Литий-железо-фосфат значительно увеличил добавленную стоимость ресурсов фосфора. В традиционной области сельскохозяйственных удобрений для одной тонны моноаммонийфосфата сельскохозяйственных удобрений требуется около 1,75 тонн фосфоритной руды, а одна тонна фосфоритной руды может принести прибыль в размере около 172 юаней. Удельный расход литий-железо-фосфатной руды составляет около 2,26 тонны. Согласно средней рыночной цене за 21П1, отраслевая прибыль от одной тонны фосфата лития-железа составляет около 4439 юаней, поэтому одна тонна фосфатной руды соответствует рентабельности в 1964 юаня. Литий-железо-фосфат имеет высокую добавленную стоимость и может принести более чем в 10 раз больший доход, чем сельскохозяйственные удобрения, что открывает возможности для улучшения оценки компаний, производящих фосфорную химию.
Фосфорные химические предприятия обладают ресурсами фосфора и накоплением технологий. Фосфорная кислота высокой чистоты для аккумуляторов или моноаммонийфосфат промышленного качества является важным источником фосфора при производстве литий-железофосфата. Традиционные компании, производящие фосфорную химию, имеют преимущества в ресурсах фосфора; В краткосрочной перспективе компании с мощностями по производству фосфата аммония высокой чистоты/промышленного фосфата аммония будут иметь прямой источник фосфата железа лития, осваивая ресурсы и технологические преимущества.
