ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นวัสดุอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีสูตรทางเคมี LiFePO4 (เรียกสั้น ๆ ว่า LFP) ส่วนใหญ่จะใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนต่างๆ เนื่องจาก NTT ของญี่ปุ่นเปิดเผยครั้งแรกเกี่ยวกับวัสดุแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีโครงสร้างโอลิวีนของ AyMPO4 (A คือโลหะอัลคาไล M คือการรวมกันของ CoFe: LiFeCoPO4) ในปี 1996 ในปี 1997 John B. Goodenough และคณะอื่นๆ จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน ในสหรัฐอเมริกา ทำการศึกษา กลุ่มนี้ยังได้รายงานการถ่ายโอนลิเธียมเข้าและออกจาก LiFePO4 แบบผันกลับได้ในเวลาต่อมา
สหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นตีพิมพ์โครงสร้างโอลิวีน (LiMPO4) โดยบังเอิญ ซึ่งดึงดูดความสนใจอย่างมากต่อวัสดุนี้ และทำให้เกิดการวิจัยอย่างกว้างขวางและการพัฒนาอย่างรวดเร็ว เมื่อเทียบกับวัสดุแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม โครงสร้างสปิเนล LiMn2O4 และโครงสร้างชั้น LiCoO2 LiMPO4 มีแหล่งวัตถุดิบที่กว้างกว่า ราคาถูกกว่า และไม่มีมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
ลักษณะพื้นฐานของลิเธียมเหล็กฟอสเฟต
ปัจจุบันลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นวัสดุแคโทดที่มีแนวโน้มมากที่สุดในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เมื่อเทียบกับวัสดุแคโทดอื่นๆ มีข้อดีดังต่อไปนี้:
(1) ต้นทุนต่ำ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุแคโทดแบบไตรภาค ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีราคาค่อนข้างถูก มีกระบวนการผลิตที่ค่อนข้างง่าย และทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเพียงเล็กน้อย
(2) ที่ แบตเตอรี่ มีความปลอดภัยที่ดี วัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟตไม่มีองค์ประกอบโลหะหนักที่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ พวกเขาจะไม่ผลิตก๊าซที่เป็นอันตรายที่อุณหภูมิสูง และจะไม่ผลิตก๊าซพิษ หมอกกรด และสารอื่นๆ
(3) วงจรชีวิตยาว วงจรชีวิตของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมักจะมากกว่า 500 เท่า ซึ่งสูงกว่าลิเธียมแบบไตรภาคมากและอายุการใช้งานก็สามารถเข้าถึงได้มากกว่า 10 ปี
(4) ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม วัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีประสิทธิภาพรอบสูงและประสิทธิภาพอัตรา และสามารถรักษาประสิทธิภาพที่ดีภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ
เมื่อเกิดการลัดวงจรในวัสดุแคโทดลิเธียมเหล็กฟอสเฟต จะไม่ทำให้เกิดสถานการณ์ที่เป็นอันตราย เช่น การเผาไหม้หรือการระเบิด และจะไม่ก่อให้เกิดก๊าซพิษ หมอกกรด หรือก๊าซพิษและสารอื่นๆ
วิธีการเตรียมลิเธียมเหล็กฟอสเฟต
ปัจจุบันวิธีการเตรียมวัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟตส่วนใหญ่รวมถึงการสังเคราะห์เฟสของแข็งที่อุณหภูมิสูงการตกตะกอนร่วมโซลเจลและไฮโดรเทอร์มอล
วิธีการสังเคราะห์เฟสของแข็งที่อุณหภูมิสูง: วิธีการสังเคราะห์เฟสของแข็งที่อุณหภูมิสูงหมายถึงการเตรียมวัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟตที่มีสัณฐานวิทยาเฉพาะโดยการควบคุมสภาวะของปฏิกิริยาที่อุณหภูมิห้อง หลักการสำคัญของการสังเคราะห์เฟสของแข็งที่อุณหภูมิสูงคือการใช้ความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อแหล่งคาร์บอนถูกสลายตัวเพื่อทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำ
โดยการควบคุมสภาวะของปฏิกิริยา สามารถควบคุมสัณฐานวิทยา ขนาดอนุภาค ความตกผลึก และโครงสร้างผลึกของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตได้ ดังนั้นจึงเตรียมลิเธียมเหล็กฟอสเฟตที่มีสัณฐานวิทยาและรูปแบบผลึกที่แตกต่างกัน
ข้อดีคือต้นทุนการผลิตต่ำ แต่วิธีการสังเคราะห์โซลิดเฟสที่อุณหภูมิสูงมีข้อบกพร่องมากมาย ตัวอย่างเช่น หากอุณหภูมิสูงเกินไป เม็ดวัสดุจะโตขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพของวัสดุไม่ดี ราคาวัตถุดิบสูงและต้นทุนการผลิตสูง ในระหว่างขั้นตอนการเตรียม ทำให้เกิดของเสียได้ง่าย เช่น ของเสีย ของเหลว และของเสียตกค้าง
วิธีการตกตะกอน: ผสมวัตถุดิบเท่าๆ กันในสัดส่วนที่กำหนด เพิ่มสารเติมแต่งที่เหมาะสม ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่กำหนด กรอง ล้าง และตากให้แห้งเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต วิธีการตกตะกอนร่วมมีกระบวนการผลิตที่เรียบง่าย และสามารถควบคุมสัณฐานวิทยาและขนาดอนุภาคของผลิตภัณฑ์ได้ ปัจจุบันเป็นวิธีการเตรียมการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตที่เตรียมโดยวิธีตกตะกอนร่วมค่อนข้างเสถียร
วิธีโซลเจล: หมายถึงการผสมแหล่งคาร์บอนและแหล่งอลูมิเนียมก่อนแล้วจึงเติมลงในตัวทำละลายอินทรีย์เพื่อกวนและเพิ่มอุณหภูมิจนกว่าจะถึงอุณหภูมิที่กำหนดไว้ จากนั้นจึงกรองและล้างสารละลาย ตากแห้ง กระจายตัว และบดที่อุณหภูมิต่ำเพื่อเตรียมนาโนเหล็กฟอสเฟต ลิเธียม ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตที่สังเคราะห์โดยวิธีนี้มีเมล็ดละเอียด มีความเป็นผลึกสูง และมีเสถียรภาพ อย่างไรก็ตาม วิธีโซลเจลมีต้นทุนสูง กระบวนการเตรียมการที่ซับซ้อน และปัญหาร้ายแรงในการรวมตัวของผลิตภัณฑ์
ข้อดีและข้อเสียของการใช้วัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเพื่อผลิตแบตเตอรี่พลังงาน
ข้อดีของวัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟต: วัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีข้อดีของความจุเฉพาะขนาดใหญ่ อายุการใช้งานยาวนาน แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าต่ำ ความปลอดภัยสูง และการปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อมที่แข็งแกร่ง ถือว่าเป็นหนึ่งในวัสดุแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีแนวโน้มมากที่สุด - อีกทั้งยังมีลักษณะราคาต่ำและแหล่งกว้างอีกด้วย
ปัญหาเกี่ยวกับวัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟต: ผลึกกรดฟอสฟอริกเกิดขึ้นได้ง่ายในระหว่างกระบวนการเตรียมวัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ซึ่งจะช่วยลดการนำไฟฟ้า โครงสร้างผลึกของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเปลี่ยนแปลงอย่างมากที่อุณหภูมิสูงและมีเสถียรภาพไม่ดี มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงปริมาตร ส่งผลให้ความจุลดลง และกรดอินทรีย์ที่เกิดจากปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์อาจส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้เช่นกัน
มาตรการในการปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟต: การปรับปรุงพื้นที่ผิวจำเพาะและขนาดอนุภาคของวัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นมาตรการสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของวัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟต การวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อขนาดอนุภาคและพื้นที่ผิวจำเพาะเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของวัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟตก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน นอกจากนี้ การปรับอิเล็กโทรไลต์และสารยึดเกาะให้เหมาะสมยังเป็นวิธีสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต
ความต้องการของตลาดลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีการเติบโตอย่างรวดเร็ว
รถยนต์พลังงานใหม่ยังคงเฟื่องฟู
อุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ระดับโลกกำลังเข้าสู่ขั้นตอนใหม่ของการพัฒนาแบบเร่ง ซึ่งไม่เพียงแต่อัดฉีดโมเมนตัมใหม่ที่แข็งแกร่งให้กับการเติบโตทางเศรษฐกิจของประเทศต่างๆ เท่านั้น แต่ยังช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก รับมือกับความท้าทายด้านการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และปรับปรุงสภาพแวดล้อมทางนิเวศโลก .
ตั้งแต่ปี 2021 เป็นต้นไป การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยเฉลี่ยของรถยนต์นั่งส่วนบุคคลใหม่ในสหภาพยุโรปจะต้องไม่เกิน 95 กรัมต่อกิโลเมตร ภายในปี 2568 และ 2573 จะต้องลดลง 15% และ 37.5% ตามลำดับบนพื้นฐานนี้
เมื่อวันที่ 31 มีนาคม ฝ่ายบริหารของ Biden ในสหรัฐอเมริกาประกาศว่าจะจัดสรร $174 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ เพื่อสนับสนุนการพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ โดยในจำนวน $100 พันล้านดอลลาร์สหรัฐจะถูกนำไปใช้โดยตรงสำหรับเงินอุดหนุนผู้บริโภค สภาแห่งรัฐของจีนวางแผนว่าภายในปี 2568 ยอดขายรถยนต์พลังงานใหม่จะคิดเป็นประมาณ 20% ของยอดขายรถยนต์ใหม่ทั้งหมด (ที่มารายงาน: Future Think Tank)
อนาคตของตลาดการจัดเก็บพลังงานมีแนวโน้มที่ดี
เมื่อพิจารณาจากระดับของเทคโนโลยีเชิงพาณิชย์ ณ สิ้นปี 2563 แบตเตอรี่ลิเธียมยังคงเป็นเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานใหม่ที่เติบโตเต็มที่ที่สุด โดยมีสัดส่วนการใช้งานสูงสุด (เกือบ 90%)
“ความคิดเห็นแนวทางการจัดเก็บพลังงานใหม่” ชี้ให้เห็นว่าจาก 3.28GW ณ สิ้นปี 2020 เป็น 30GW ในปี 2025 ในอีกห้าปีข้างหน้า (2020~2025) ขนาดของตลาดการจัดเก็บพลังงานใหม่ในประเทศของฉันจะขยายเป็น 10 เท่าของ ระดับปัจจุบัน โดยมีอัตราการเติบโตแบบทบต้นเฉลี่ยต่อปีมากกว่า 55%
ตามการคาดการณ์ของ CNESA อัตราการเติบโตของการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีจะยังคงอยู่ที่ประมาณ 57% ภายใต้สถานการณ์แบบอนุรักษ์นิยม และจะเกิน 70% ภายใต้สถานการณ์ในอุดมคติ กล่าวคือ ความสามารถในการกักเก็บพลังงานที่ติดตั้งทั้งหมดจะสูงถึง 35.5GW และ 55.8GW ตามลำดับภายในปี 2568
ด้วยการพัฒนาสถานการณ์การใช้งานเช่นการผลิตพลังงานพลังงานใหม่และการจัดเก็บพลังงานและการจัดเก็บพลังงานในครัวเรือน ความได้เปรียบด้านต้นทุนของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีความโดดเด่นมากขึ้น ต้นทุนที่ลดลงของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตคาดว่าจะเปิดตลาดการเปลี่ยนแบตเตอรี่ตะกั่วกรดขนาดใหญ่
ทรัพยากรฟอสฟอรัสและธาตุเหล็กเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ และค่าใช้จ่ายในการบูรณาการก็เป็นสิ่งสำคัญ
ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตช่วยเพิ่มความต้องการเหล็กฟอสเฟต อุปสงค์และอุปทานเหล็กฟอสเฟตในระยะสั้นมีความสมดุลอย่างแน่นหนา และอุปทานระยะยาวก็หลวม จากสถิติของ Baichuan Yingfu ณ เดือนกันยายน 2021 กำลังการผลิตเหล็กฟอสเฟตในประเทศของฉันอยู่ที่ 356,000 ตัน อัตราการดำเนินงานขององค์กรยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และอุปสงค์และอุปทานมีความสมดุลอย่างแน่นหนา สมมติว่าความต้องการลิเธียมเหล็กฟอสเฟตในอนาคต 80% จะได้รับรู้ผ่านเส้นทางกระบวนการเหล็กฟอสเฟต ความต้องการลิเธียมเหล็กฟอสเฟตทั่วโลกจำนวน 2.724 ล้านตันในปี 2568 จะสอดคล้องกับความต้องการเหล็กฟอสเฟตประมาณ 2.09 ล้านตัน ตามแผนกำลังการผลิตเหล็กฟอสเฟต ณ เดือนกันยายน 2564 จะเกิน 300 ตัน ล้านตัน เราคาดว่าปริมาณเหล็กฟอสเฟตจะเพียงพอในระยะยาว
แหล่งธาตุเหล็ก: บริษัทไทเทเนียมไดออกไซด์มีข้อได้เปรียบในเรื่องแหล่งธาตุเหล็กเมื่อเข้าสู่ธุรกิจลิเธียมเหล็กฟอสเฟต
บริษัทไทเทเนียมไดออกไซด์มีแหล่งเหล็กที่มีต้นทุนเป็นศูนย์และได้รับประโยชน์จากการเสริมฤทธิ์กัน เฟอรัสซัลเฟตซึ่งเป็นผลพลอยได้ขององค์กรไททาเนียมไดออกไซด์กรดซัลฟิวริกเป็นแหล่งของธาตุเหล็กในวัตถุดิบสำหรับการผลิตลิเธียมเหล็กฟอสเฟต การผลิตไททาเนียมไดออกไซด์หนึ่งตันสามารถผลิตเฟอร์รัสซัลเฟตได้ประมาณ 3 ตัน เป็นการยากที่จะแปรรูปขยะมูลฝอยที่เป็นเหล็กซัลเฟตจำนวนมาก การวางซ้อนและการกำจัดทำให้เกิดปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและทำให้ทรัพยากรสิ้นเปลือง หลังจากการบำบัดล่วงหน้า ขยะมูลฝอยที่เป็นเหล็กซัลเฟตสามารถใช้ในการผลิตเหล็กฟอสเฟตเกรดแบตเตอรี่ จากนั้นจึงผลิตวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ซึ่งปรับปรุงการใช้ทรัพยากร ลดต้นทุนวัตถุดิบของการผลิตลิเธียมเหล็กฟอสเฟต และมีผลเสริมฤทธิ์กันอย่างมีนัยสำคัญ . เมื่อคำนวณจากราคาตลาดวัตถุดิบโดยเฉลี่ยในช่วง 21H1 การจัดหาแหล่งเหล็กสามารถประหยัดต้นทุนได้ 1,676 หยวนต่อตัน เมื่อเปรียบเทียบกับบริษัทเอาท์ซอร์สแหล่งเหล็ก เนื่องจากเส้นทางกระบวนการสำหรับเฟอร์รัสซัลเฟตเพื่อเตรียมวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตค่อยๆ เปิดขึ้น จึงนำโอกาสมาสู่อุตสาหกรรมไทเทเนียมไดออกไซด์ทั้งหมด บริษัทบางแห่งได้นำผลิตภัณฑ์เฟอร์รัสซัลเฟตบริสุทธิ์ออกไป ในขณะที่บริษัทอื่นๆ ได้ใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบด้านทรัพยากรของตนเพื่อคว้าโอกาสในการเข้าสู่แบตเตอรี่พลังงานใหม่ สาขาวัสดุ
แหล่งฟอสฟอรัส: บริษัทเคมีภัณฑ์ฟอสฟอรัสมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนเมื่อเข้าสู่อุตสาหกรรมลิเธียมเหล็กฟอสเฟต
บริษัทจัดหาแหล่งฟอสฟอรัสมีความได้เปรียบด้านต้นทุนมากกว่า จากการคำนวณราคาตลาดเฉลี่ยในช่วง 21H1 หากซื้อกรดฟอสฟอริกที่มีความบริสุทธิ์สูง 85% เป็นแหล่งฟอสฟอรัส ต้นทุนแหล่งฟอสฟอรัสของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตหนึ่งตันจะอยู่ที่ประมาณ 4,124 หยวน สำหรับองค์กรทรัพยากรหินฟอสเฟตที่ใช้เทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์แบบเปียกเพื่อผลิตกรดฟอสฟอริกด้วยตัวเอง ต้นทุนต่อตันคือต้นทุนของแหล่งฟอสฟอรัสต่อตันของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตอยู่ที่ประมาณ 1,989 หยวน/ตัน บริษัทลิเธียมเหล็กฟอสเฟตที่ผลิตแหล่งฟอสฟอรัสของตนเองมีความได้เปรียบด้านต้นทุนประมาณ 2,135 หยวน/ตัน เมื่อเปรียบเทียบกับบริษัทไทเทเนียมไดออกไซด์ที่จัดหาแหล่งเหล็ก พวกเขามีความได้เปรียบด้านต้นทุนมากกว่า
ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตได้เพิ่มมูลค่าเพิ่มของทรัพยากรฟอสฟอรัสอย่างมาก ในเขตปุ๋ยทางการเกษตรแบบดั้งเดิม ปุ๋ยโมโนแอมโมเนียมฟอสเฟต 1 ตันต้องใช้หินฟอสเฟตประมาณ 1.75 ตัน และหินฟอสเฟต 1 ตันสามารถสร้างกำไรได้ประมาณ 172 หยวน ปริมาณการใช้แร่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตฟอสเฟตต่อหน่วยอยู่ที่ประมาณ 2.26 ตัน จากราคาตลาดเฉลี่ยในช่วง 21H1 กำไรในอุตสาหกรรมของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตหนึ่งตันอยู่ที่ประมาณ 4,439 หยวน ดังนั้นแร่ฟอสเฟตหนึ่งตันจึงสอดคล้องกับอัตรากำไรที่ 1,964 หยวน ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีมูลค่าเพิ่มสูงและสามารถนำรายได้ของปุ๋ยทางการเกษตรมากกว่า 10 เท่า ถือเป็นการเปิดหน้าต่างสำหรับการปรับปรุงการประเมินมูลค่าสำหรับบริษัทเคมีภัณฑ์ฟอสฟอรัส
บริษัทเคมีภัณฑ์ฟอสฟอรัสมีทรัพยากรฟอสฟอรัสและการสะสมเทคโนโลยี กรดฟอสฟอริกที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับแบตเตอรี่หรือโมโนแอมโมเนียมฟอสเฟตเกรดอุตสาหกรรมเป็นวัสดุแหล่งฟอสฟอรัสที่สำคัญในการผลิตลิเธียมเหล็กฟอสเฟต บริษัทเคมีภัณฑ์ฟอสฟอรัสแบบดั้งเดิมมีข้อได้เปรียบด้านทรัพยากรฟอสฟอรัส ในระยะสั้น บริษัท ที่มีกำลังการผลิตแอมโมเนียมฟอสเฟตที่มีความบริสุทธิ์สูง / กำลังการผลิตแอมโมเนียมฟอสเฟตเกรดอุตสาหกรรมจะมีเหล็กฟอสเฟตแหล่งฟอสฟอรัสโดยตรงของลิเธียมทรัพยากรการเรียนรู้และข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยี
