Основни характеристики: Батериите от литиево-железо-фосфат (LiFePO₄, LFP), използващи литиево-железо-фосфат като активен материал за положителния електрод, графит за отрицателния електрод и разтвор от смесени карбонати като електролит, в момента са основният тип батерии в областите на електрозадвижване и енергийно съхранение. Основните им предимства са безопасността, дългият срок на служба, екологичността и икономичността. Напрежението им остава стабилно при 3,2 V, химичните реакции по време на зареждане и разреждане са умерени, а топлинната им стабилност е изключително висока. Те издържат строгите изпитания за безопасност, като пробиване с игла, компресия и съхранение при високи температури, и отговарят на изискванията на стандарта GB 38031-2020. След термичен разгръд няма риск от пожар или експлозия в продължение на 5 минути, което показва значително предимство в безопасността спрямо тройните батерии.
Цикличният живот е основно конкурентно предимство. Според националния стандарт GB/T 36276, като се вземе деградацията на капацитета до 80 % за референтна стойност, основните продукти постигат 3000–4000 цикъла при дълбочина на разреждане (DOD) от 80 %, докато висококласните продукти могат да надвишат 6000 цикъла в лабораторни изпитания. В практически приложения за домашни системи за съхранение на енергия се използва диапазон на зареждане и разреждане между 20 % и 80 % SOC, като годишната деградация е само 2,5 %, което води до експлоатационен живот от 12 до 15 години; при режим на плитко зареждане и разреждане с 50 % дълбочина броят на циклите може да се увеличи до 8000, което идеално отговаря на изискванията за висока честота на циклириране в системите за съхранение на енергия от фотоволтаични източници.
Непрекъснатите технологични подобрения решават проблемите с производителността. Продуктите от четвърто поколение с високо напрежение и висока плътност са постигнали масово производство в големи мащаби, като енергийната плътност на отделната клетка достига 190 Wh/kg, а системната енергийна плътност надхвърля 205 Wh/kg, приближавайки нивото на тройните батерии. Едновременно чрез оптимизация с нови електролити и технологии за термично управление намаляването на далечината при ниски температури от -30℃ се контролира в рамките на 20 %, а технологията за ултрабързо зареждане 4C позволява зареждане до 80 % за 15 минути, което решава традиционните проблеми, свързани с производителността при ниски температури и бързото зареждане.
Екологичните и икономическите предимства са значителни. Те не съдържат дефицитни тежки метали като кобалт и никел, съответстват на екологичните регулации RoHS и REACH, имат ниски въглеродни емисии през целия си жизнен цикъл и могат да бъдат безопасно демонтирани и рециклирани според стандарта GB/T 34015-2017 след извеждането им от експлоатация. Поради лесната достъпност на суровините цената им е с 15–20 % по-ниска в сравнение с тройните литиеви батерии. Освен това системата за управление на батерията (BMS) поддържа тривластно предупреждение за неизправности и реакция на прекъсвача на милисекундно ниво, което отговаря на изискванията за резервно проектиране на големи електроенергийни хранилища.
Типични приложения: Благодарение на своите експлоатационни характеристики той широко охваща различни приложения. В сектора на новите енергийни превозни средства продукти като лопатовата батерия на BYD осигуряват стабилна работа на превозното средство в продължение на 600 000 километра; в областта на натрупването на енергия доминира в проекти за натрупване на енергия от фотоволтаични и вятърни електроцентрали, както и в проекти за регулиране на пиковете в електрическата мрежа, а също така е подходящ за домашни системи за натрупване на енергия; в комерсиални сценарии електробусове, електрически превозни средства с ниска скорост и базови станции за връзка – оборудване с високи изисквания към безопасността и дълъг срок на експлоатация – всички използват тази батерия като своя основна енергийна система. Глобалният обем на пазара поддържа сложна годишна темп на растеж над 20 % и се очаква да надвиши 150 милиарда юана до 2028 г.
Основен процес за подготовката на катоден материал: Катодният материал е основен компонент, който определя производителността на батерията, а подготовката му включва два ключови етапа: подготовката на прекурсор и синтеза. Методът на твърдофазна редукция с въглеродно гориво е основният промишлен процес.
Първият етап включва подготовката на прекурсора желязно фосфат. Използвайки желязен сулфат хептахидрат като източник на желязо и промишлена фосфорна киселина като източник на фосфор, Fe²⁺ се окислява до Fe³⁺ чрез водороден пероксид. Амонячен разтвор се използва за регулиране на pH до 1,5–2,5, за да се получи утайка от желязно фосфат. След филтрация с плочесто-рамкова филтърна система и промиване с чиста вода за премахване на примеси материала се суши мигновено и се калцинира при температура 500–600 °C, за да се получи прекурсор от желязно фосфат дихидрат за батерии със съотношение желязо към фосфор приблизително 0,97:1.
Втората стъпка е синтезът на литиев желязен фосфат. Безводният желязен фосфат, литиевият карбонат (в стехиометричен процент от 105 %) и източникът на въглерод във вид на глюкоза се смесват в определени пропорции. Сместа се подлага на мокро мелене до получаване на финна суспензия с D50 от 0,2–0,6 μm. След разпрашаване чрез разпрашителна сушилня материала се подава в ролкова пещ под азотна атмосфера, като се прилага двустепенен спечени процес: предварително разлагане на изходните материали при 350 °C в продължение на 4 часа, последвано от нагряване до 700–800 °C в продължение на 9–20 часа за завършване на карботермичното възстановяване. Източникът на въглерод възстановява Fe³⁺ до Fe²⁺ и формира проводим въглероден защитен слой по повърхността на частиците. След спечението материала се подлага на мелене с въздушна струя, класификационно ситене и силно магнитно отстраняване на желязо, за да се получи окончателно черен композитен катоден материал с оливинова кристална структура и специфична капацитетност от 155–165 mAh/g.
Методът на течна фаза служи като допълнителен процес, илюстриран с примера на метода за самоизпаряване с самонагряване на Defang Nano. Този процес е по-прост: след смесване и разтваряне на суровините в паста сместа се предварително загрява и самоизпарява в реакционен резервоар, за да се получи гелов предшественик с пчелна-кошерна структура. След първоначално дробене и сушка в кипящ слой материала се подлага на спечаване. Този метод отстранява необходимостта от отделна подготовка на предшественик на желязофосфат, което води до по-равномерно смесване на материала, но изисква по-висока точност при контрола на температурата. В момента той се използва предимно при производството на висококачествени батерии за натрупване на енергия. II. Сглобяване на елементите и последваща обработка: След като положителният електроден материал е приготвен, той се подлага на нанасяне на покритие, валцоване и рязане, за да се получи листът на положителния електрод. Той след това се слага в слоеве или навива заедно с графитовия отрицателен електрод и сепаратора в структура „положителен-сепаратор-отрицателен“ и се поставя в алуминиев корпус (за призматични батерии) или стоманен корпус (за цилиндрични батерии), за да се получи елементът. След инжектиране на карбонатен смесен електролит елементът преминава през процес на формиране, за да се активира. Използва се зареждане с постоянен ток и постоянно напрежение, за да се образува пасивираща SEI-филмова повърхност върху електродите. Накрая се извършват стареене, тестване на капацитета и сортиране, за да се елиминират продуктите с неквалифициран капацитет и вътрешно съпротивление, което гарантира еднородността на елементите.
