Lityum demir fosfat, LiFePO4 (kısaca LFP) kimyasal formülüne sahip bir lityum iyon pil elektrot malzemesidir. Esas olarak çeşitli lityum iyon pillerde kullanılır. Japonya'nın NTT'si, AyMPO4'ün olivin yapılı lityum pil katot malzemesini (A bir alkali metaldir, M, CoFe: LiFeCoPO4'ün bir birleşimidir) 1996'da, 1997'de ilk kez ortaya çıkardığından beri, John. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Austin'deki Texas Üniversitesi'nden B. Goodenough ve diğerleri konuyu inceledi. Grup daha sonra lityumun LiFePO4'ün içine ve dışına geri dönüşümlü transferini de bildirdi.
Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya tesadüfen olivin yapısını (LiMPO4) yayınladılar ve bu malzeme büyük ilgi gördü ve kapsamlı araştırmalara ve hızlı gelişmelere neden oldu. Geleneksel lityum iyon ikincil pil katot malzemeleri, spinel yapısı LiMn2O4 ve katmanlı yapı LiCoO2 ile karşılaştırıldığında LiMPO4 daha geniş hammadde kaynaklarına sahiptir, daha ucuzdur ve çevre kirliliği yaratmaz.
Lityum demir fosfatın temel özellikleri
Lityum demir fosfat şu anda lityum iyon pillerde en umut verici katot malzemesidir. Diğer katot malzemeleriyle karşılaştırıldığında aşağıdaki avantajlara sahiptir:
(1) Düşük maliyet. Üçlü katot malzemeleriyle karşılaştırıldığında lityum demir fosfat nispeten ucuzdur, nispeten basit bir üretim sürecine sahiptir ve çok az çevre kirliliğine neden olur.
(2) pil iyi bir güvenliğe sahiptir. Lityum demir fosfat malzemeleri insan vücuduna zararlı ağır metal elementleri içermez. Yüksek sıcaklıklarda zararlı gazlar üretmedikleri gibi zehirli gaz, asit buharı ve diğer maddeleri de üretmezler.
(3) Uzun çevrim ömrü. Lityum demir fosfatın çevrim ömrü genellikle 500 kattan fazladır; bu, üçlü lityumunkinden çok daha yüksektir ve servis ömrü 10 yıldan fazla olabilir.
(4) Mükemmel elektrokimyasal performans. Lityum demir fosfat malzemeleri yüksek çevrim performansına ve hız performansına sahiptir ve düşük sıcaklık koşullarında iyi performansı koruyabilir.
Lityum demir fosfat katot malzemesinde kısa devre meydana geldiğinde yanma, patlama gibi tehlikeli durumlara neden olmayacağı gibi zehirli gazlar, asit buharı veya zehirli gazlar ve diğer maddeler üretmez.
Lityum demir fosfatın hazırlanma yöntemi
Şu anda, lityum demir fosfat malzemelerinin hazırlanma yöntemleri esas olarak yüksek sıcaklıkta katı faz sentezi, birlikte çökeltme, sol-jel ve hidrotermal yöntemleri içerir.
Yüksek sıcaklıkta katı faz sentez yöntemi: Yüksek sıcaklıkta katı faz sentez yöntemi, reaksiyon koşullarının oda sıcaklığında kontrol edilmesiyle spesifik morfolojiye sahip lityum demir fosfat malzemelerinin hazırlanmasını ifade eder. Yüksek sıcaklıkta katı faz sentezinin temel prensibi, reaksiyonu düşük sıcaklıkta gerçekleştirmek için karbon kaynağı ayrıştırıldığında açığa çıkan ısıyı kullanmaktır.
Reaksiyon koşullarının kontrol edilmesiyle lityum demir fosfatın morfolojisi, parçacık boyutu, kristalliği ve kristal yapısı kontrol edilebilir, böylece farklı morfolojilere ve kristal formlara sahip lityum demir fosfat hazırlanabilir.
Avantajı, üretim maliyetinin düşük olmasıdır, ancak yüksek sıcaklıkta katı faz sentez yönteminin birçok eksikliği vardır. Örneğin sıcaklık çok yüksekse malzeme tanecikleri büyüyecek ve bu da malzeme performansının düşmesine neden olacaktır; hammadde fiyatları yüksektir ve üretim maliyeti yüksektir; hazırlama işlemi sırasında atık sıvı ve atık kalıntısı gibi atıkların oluşması kolaydır.
Yağış yöntemi: Hammaddeleri belirli bir oranda eşit şekilde karıştırın, uygun katkı maddeleri ekleyin, belirli bir sıcaklıkta reaksiyona sokun, filtreleyin, yıkayın ve kurutarak lityum demir fosfat ürünleri elde edin. Birlikte çökeltme yöntemi basit bir üretim sürecine sahiptir ve ürünün morfolojisini ve parçacık boyutunu kontrol edebilir. Şu anda en yaygın kullanılan hazırlama yöntemidir. Birlikte çökeltme yöntemiyle hazırlanan lityum demir fosfat ürünlerinin performansı nispeten stabildir.
Sol-jel yöntemi: ilk olarak karbon kaynağının ve alüminyum kaynağının karıştırılması ve daha sonra karıştırılması ve önceden belirlenen bir sıcaklığa ulaşana kadar sıcaklığın yükseltilmesi için bunların organik solvente eklenmesi anlamına gelir; daha sonra çözelti filtrelenir ve yıkanır, kurutulur, dağıtılır ve nano-demir fosfat hazırlamak için düşük sıcaklıkta öğütülür. lityum. Bu yöntemle sentezlenen lityum demir fosfat ince tanelere, yüksek kristalliğe ve istikrarlı performansa sahiptir. Ancak sol-jel yönteminin yüksek maliyeti, karmaşık hazırlama süreci ve ciddi ürün topaklaşması sorunları vardır.
Güç pilleri üretmek için lityum demir fosfat malzemeleri kullanmanın avantajları ve dezavantajları
Lityum demir fosfat malzemelerinin avantajları: Lityum demir fosfat malzemeleri, büyük spesifik kapasite, uzun çevrim ömrü, alçak gerilim platformu, yüksek güvenlik ve güçlü çevresel uyum avantajlarına sahiptir. En umut verici lityum iyon pil katot malzemelerinden biri olarak kabul edilirler. . Ayrıca düşük fiyat ve geniş kaynak özelliklerine de sahiptir.
Lityum demir fosfat malzemeleriyle ilgili sorunlar: Lityum demir fosfat malzemelerinin hazırlanma işlemi sırasında iletkenliğini azaltan fosforik asit kristalleri kolayca oluşur; lityum demir fosfatın kristal yapısı yüksek sıcaklıklarda büyük ölçüde değişir ve zayıf stabiliteye sahiptir; kapasite zayıflamasına yol açacak şekilde hacim değişikliklerine eğilimlidir; Elektrolit reaksiyonları sonucu oluşan organik asitler de pil performansını olumsuz yönde etkileyebilir.
Lityum demir fosfat malzemelerinin performansını artırmaya yönelik önlemler: Lityum demir fosfat malzemelerinin spesifik yüzey alanını ve parçacık boyutunu iyileştirmek, lityum demir fosfat malzemelerinin elektrokimyasal performansını iyileştirmek için önemli önlemlerdir. Araştırmalar, parçacık boyutu ve spesifik yüzey alanı arttıkça lityum demir fosfat malzemelerinin elektrokimyasal performansının da arttığını göstermektedir. Ayrıca elektrolit ve bağlayıcının optimize edilmesi de lityum demir fosfat pillerin performansını artırmanın önemli bir yoludur.
Lityum demir fosfat pazarı talebi hızla artıyor
Yeni enerji araçları patlamaya devam ediyor
Küresel yeni enerjili taşıt endüstrisi, yalnızca çeşitli ülkelerin ekonomik büyümesine güçlü yeni bir ivme kazandırmakla kalmayıp aynı zamanda sera gazı emisyonlarının azaltılmasına, iklim değişikliği zorluklarıyla başa çıkmaya ve küresel ekolojik çevrenin iyileştirilmesine de yardımcı olan yeni bir hızlandırılmış gelişme aşamasına giriyor. .
2021'den itibaren AB'deki yeni binek araçların ortalama karbondioksit emisyonu kilometre başına 95 gramı geçmeyecek. Bu temelde 2025 ve 2030'a kadar sırasıyla 15% ve 37,5% oranında azaltılmaları gerekecek.
31 Mart'ta ABD'deki Biden yönetimi, yeni enerjili araç endüstrisinin gelişimini desteklemek için $174 milyar ABD doları tahsis edeceğini ve bunun $100 milyar ABD dolarının doğrudan tüketici sübvansiyonları için kullanılacağını duyurdu. Çin Devlet Konseyi, 2025 yılına kadar yeni enerjili araç satışlarının toplam yeni otomobil satışlarının yaklaşık 20%'sini oluşturacağını planlıyor. (Rapor kaynağı: Geleceğin Düşünce Kuruluşu)
Enerji depolama pazarının geleceği umut verici
2020 yılı sonunda teknolojinin ticarileşme derecesine bakıldığında, lityum piller hala en yüksek uygulama oranına (yaklaşık 90%) sahip en olgun yeni enerji depolama teknolojisidir.
“Yeni Enerji Depolama Yönergesi Görüşleri”, önümüzdeki beş yılda (2020~2025) 2020 sonunda 3,28 GW'tan 2025'te 30 GW'a kadar ülkemin yeni enerji depolama pazarının ölçeğinin 2020'nin 10 katına çıkacağına işaret ediyor. Mevcut seviyede, ortalama yıllık bileşik büyüme oranı 55%'nin üzerindedir.
CNESA tahminlerine göre elektrokimyasal enerji depolamanın bileşik büyüme oranı ihtiyatlı senaryolarda 57% civarında kalacak, ideal senaryolarda ise 70%'yi aşacak, yani toplam kurulu enerji depolama kapasitesi 2025 yılına kadar sırasıyla 35,5GW ve 55,8GW'a ulaşacak.
Yeni enerji güç üretimi ve enerji depolama, evsel enerji depolama gibi kullanım senaryolarının gelişmesiyle birlikte lityum demir fosfatın maliyet avantajı daha da ön plana çıktı. Lityum demir fosfat pillerin azalan maliyetinin büyük bir kurşun-asit pil değiştirme pazarı açması bekleniyor.
Fosfor ve demir kaynakları vazgeçilmezdir ve entegrasyon maliyeti çok yüksektir
Lityum demir fosfat, demir fosfat talebini artırır. Kısa vadeli demir fosfat arz ve talebi sıkı bir şekilde dengelenirken, uzun vadeli arz gevşektir. Baichuan Yingfu'nun istatistiklerine göre Eylül 2021 itibarıyla ülkemin demir fosfat üretim kapasitesi 356.000 ton, işletmelerin faaliyet hızı artmaya devam ediyor, arz ve talep sıkı bir şekilde dengeleniyor. Gelecekteki lityum demir fosfat talebinin 80%'sinin demir fosfat prosesi yolu ile gerçekleşeceği varsayıldığında, 2025 yılında 2,724 milyon tonluk küresel lityum demir fosfat talebinin yaklaşık 2,09 milyon ton demir fosfat talebine karşılık geleceği öngörülmektedir. Eylül 2021 itibarıyla demir fosfat üretim kapasite planına göre 300 tonu aşacak. milyon ton seviyesinde, uzun vadede yeterli miktarda demir fosfat tedariki bekliyoruz.
Demir kaynağı: Titanyum dioksit şirketleri, lityum demir fosfat işine girerken demir kaynağı avantajına sahiptir
Titanyum dioksit şirketleri sıfır maliyetli demir kaynaklarına sahiptir ve sinerjik etkilerden yararlanmaktadır. Sülfürik asit titanyum dioksit işletmesinin bir yan ürünü olan demir sülfat, lityum demir fosfat üretimi için hammaddelerdeki demir kaynağıdır. Tek bir ton titanyum dioksit üretimi yaklaşık 3 ton demir sülfat üretebilir. Büyük miktarda demir sülfat katı atıklarının işlenmesi zordur. İstifleme ve bertaraf, çevre kirliliği sorunlarına neden olur ve kaynakların israfına neden olur. Ön arıtmadan sonra, demir sülfat katı atığı, pil dereceli demir fosfat üretmek ve daha sonra kaynak kullanımını artıran, lityum demir fosfat üretiminin hammadde maliyetini azaltan ve önemli sinerjistik etkilere sahip olan lityum demir fosfat pil malzemeleri üretmek için kullanılabilir. . 21.YY'deki ortalama hammadde piyasa fiyatı esas alınarak hesaplanan demir kaynağı tedariği, demir kaynağı dış kaynak kullanan işletmelere kıyasla ton başına 1.676 yuan maliyet tasarrufu sağlayabilir. Lityum demir fosfat pil malzemeleri hazırlamak için demir sülfatın işlem yolu yavaş yavaş açıldıkça, tüm titanyum dioksit endüstrisine fırsatlar getirdi. Bazı şirketler saflaştırılmış demir sülfat ürünlerini elinden alırken, diğer şirketler de kaynak avantajlarından yararlanarak yeni enerji pillerine girme fırsatını yakaladı. malzeme alanı.
Fosfor kaynağı: Fosfor kimyası şirketleri, lityum demir fosfat endüstrisine girerken maliyet avantajına sahiptir
Fosfor kaynağı tedarik eden şirketlerin maliyet avantajı daha fazladır. 21Y1'deki ortalama piyasa fiyatı hesaplamasına göre, fosfor kaynağı olarak 85% yüksek saflıkta fosforik asit satın alınırsa, tek bir ton lityum demir fosfatın fosfor kaynağı maliyeti yaklaşık 4.124 yuan olacaktır. Kendi başlarına fosforik asit üretmek için ıslak saflaştırma teknolojisini kullanan fosfat kaya kaynağı işletmeleri için ton başına maliyet, ton lityum demir fosfat başına fosfor kaynağının maliyeti yaklaşık 1.989 yuan/ton'dur. Kendi fosfor kaynaklarını sağlayan lityum demir fosfat şirketleri yaklaşık 2.135 yuan/tonluk bir maliyet avantajına sahiptir. Demir kaynağı sağlayan titanyum dioksit şirketleri ile karşılaştırıldığında daha büyük bir maliyet avantajına sahiptirler.
Lityum demir fosfat, fosfor kaynaklarının katma değerini büyük ölçüde artırmıştır. Geleneksel tarımsal gübre alanında, tek bir ton tarımsal gübre monoamonyum fosfat yaklaşık 1,75 ton fosfat kayası gerektirir ve tek bir ton fosfat kayası yaklaşık 172 yuan kar elde edebilir. Lityum demir fosfat fosfat cevherinin birim tüketimi yaklaşık 2,26 tondur. 21. yarı ortalama piyasa fiyatına göre, tek bir ton lityum demir fosfatın sektör karı yaklaşık 4.439 yuan, yani tek bir ton fosfat cevheri 1.964 yuan kar marjına karşılık geliyor. Lityum demir fosfat yüksek bir katma değere sahiptir ve tarımsal gübrelerden 10 kat daha fazla gelir getirebilir, bu da fosfor kimyası şirketlerine değerlemenin iyileştirilmesi için bir pencere açar.
Fosfor kimyası firmaları fosfor kaynaklarına ve teknoloji birikimine sahiptir. Piller için yüksek saflıkta fosforik asit veya endüstriyel sınıf monoamonyum fosfat, lityum demir fosfat üretiminde önemli bir fosfor kaynağı malzemesidir. Geleneksel fosfor kimyası şirketlerinin fosfor kaynağı avantajları vardır; Kısa vadede, yüksek saflıkta amonyum fosfat/endüstriyel sınıf amonyum fosfat üretim kapasitesine sahip şirketler, demir fosfat Doğrudan fosfor lityum kaynağına, ana kaynaklara ve teknolojik avantajlara sahip olacak.
