Hlavní funkce: Baterie s lithno-železo-fosfátem (LiFePO₄, LFP), které využívají lithno-železo-fosfát jako aktivní materiál kladné elektrody, grafit jako zápornou elektrodu a směs karbonátových roztoků jako elektrolyt, jsou v současné době dominantním typem baterií v oblasti pohonných jednotek a úložišť energie. Jejich klíčové výhody spočívají v bezpečnosti, dlouhé životnosti, ekologické nezávadnosti a cenové výhodnosti. Napěťová úroveň je stabilní na 3,2 V, chemické reakce při nabíjení a vybíjení jsou mírné a baterie vykazují extrémně vysokou tepelnou stabilitu. Zvládnou náročné bezpečnostní testy, jako je propíchnutí jehlou, stlačení a skladování za vysoké teploty, a splňují požadavky normy GB 38031–2020. V případě tepelného rozbehnutí neexistuje riziko požáru ani výbuchu po dobu 5 minut, což představuje významnou bezpečnostní výhodu oproti bateriím s ternárními katodami.
Životnost v cyklech je klíčovou konkurenční výhodou. Podle čínského národního standardu GB/T 36276, kde za kritérium životnosti slouží degradace kapacity na 80 %, dosahují běžné produkty 3000–4000 cyklů při hloubce vybíjení (DOD) 80 %, zatímco vysoce výkonné produkty mohou v laboratorních testech překročit 6000 cyklů. V praxi se u domácích systémů akumulace energie používá rozsah nabíjení a vybíjení mezi 20 % a 80 % SOC, přičemž roční degradace činí pouze 2,5 %, což odpovídá životnosti 12–15 let; v režimu mělkého nabíjení a vybíjení s hloubkou 50 % lze počet cyklů prodloužit až na 8000, což dokonale vyhovuje požadavkům na časté cyklování u fotovoltaických systémů akumulace energie.
Průběžné technologické pokroky řeší nedostatky výkonu. Výrobky s vysokou napěťovou hustotou čtvrté generace již dosáhly rozsáhlé sériové výroby, přičemž energetická hustota jedné buňky činí 190 Wh/kg a systémová energetická hustota přesahuje 205 Wh/kg, což se blíží úrovni ternárních baterií. Současně je prostřednictvím optimalizace novými elektrolyty a technologiemi tepelného řízení snížení dojezdu v nízkoteplotních prostředích (-30 °C) omezeno na méně než 20 % a technologie ultra-rychlého nabíjení 4C umožňuje nabití na 80 % během 15 minut, čímž se řeší tradiční problémy související s výkonem při nízkých teplotách a rychlým nabíjením.
Environmentální a nákladové výhody jsou zřetelné. Tyto baterie neobsahují vzácné těžké kovy, jako je kobalt a nikl, splňují environmentální předpisy RoHS a REACH, mají nízké emise CO₂ během celého životního cyklu a po vyřazení lze bezpečně demontovat a recyklovat podle normy GB/T 34015-2017. Díky snadné dostupnosti surovin jsou jejich náklady o 15–20 % nižší než u ternárních lithiových baterií. Kromě toho systém řízení baterií (BMS) podporuje třístupňové varování před poruchami a odezvu jističe v řádu milisekund, čímž splňuje požadavky na redundantní návrh velkých elektráren pro akumulaci energie.
Typické aplikace: Díky svým výkonovým charakteristikám pokrývá širokou škálu různých aplikačních scénářů. V oblasti vozidel s novými zdroji energie například produkty jako Blade Battery od společnosti BYD zajišťují stabilní provoz vozidel po dobu až 600 000 kilometrů; v oblasti akumulace energie dominuje projekty akumulace energie z fotovoltaických a větrných elektráren a projektů vyrovnávání špičkové zátěže v elektrizační síti a je také vhodná pro domácí systémy akumulace energie; v komerčních scénářích ji využívají jako základní zdroj energie elektrické autobusy, nízkorychlostní elektrická vozidla a telekomunikační základny – zařízení s vysokými nároky na bezpečnost a dlouhou životnost. Celosvětová velikost trhu roste průměrným ročním tempem přesahujícím 20 % a do roku 2028 má dosáhnout více než 150 miliard čínských jüanů.
Hlavní průmyslový postup přípravy katodového materiálu: Katodový materiál je základní složkou určující výkon baterie a jeho příprava zahrnuje dva klíčové kroky: přípravu prekurzoru a syntézu. Metoda tuhé fáze s karbotermálním redukčním procesem je hlavním průmyslovým postupem.
První krok spočívá v přípravě prekurzoru fosforečnanu železnatého. Jako zdroj železa se používá síran železnatý heptahydrát a jako zdroj fosforu průmyslová kyselina fosforečná; Fe²⁺ se oxiduje na Fe³⁺ pomocí peroxidu vodíku. pH se upravuje amoniakem na hodnotu 1,5–2,5 za účelem srážení fosforečnanu železnatého. Po filtračním oddělení na deskovém filtru a následném opláchnutí čistou vodou za účelem odstranění nečistot se materiál rychle usuší a kalcinuje při teplotě 500–600 °C, čímž se získá prekurzor fosforečnanu železnatého dihydrátu pro baterie s poměrem železo:kyslík přibližně 0,97:1.
Druhým krokem je syntéza fosfátu lithno-železnatého. Bezvodý fosfát železitý, uhličitan lithný (v stechiometrickém poměru 105 %) a uhlíkový zdroj ve formě glukózy se smíchají v požadovaném poměru. Směs se mle v mokrém prostředí na jemnou suspenzi s průměrem částic D50 v rozmezí 0,2–0,6 μm. Po rozprašovací sušení se materiál za ochrany dusíkem převede do válcové pece a podrobí dvoustupňovému pálení: nejprve se suroviny předrozloží při teplotě 350 °C po dobu 4 hodin, následně se zahřejí na teplotu 700–800 °C po dobu 9–20 hodin, aby došlo k dokončení karbotermické redukce. Uhlíkový zdroj redukuje Fe³⁺ na Fe²⁺ a současně vytvoří na povrchu částic vodivou uhlíkovou povlakovou vrstvu. Po pálení se materiál podrobí mletí proudem vzduchu, třídění a síťovému třídění a odstranění železných nečistot silným magnetem, čímž se nakonec získá černý kompozitní katodový materiál s olivínovou krystalovou strukturou a specifickou kapacitou 155–165 mAh/g.
Metoda v kapalné fázi slouží jako doplňkový proces, příkladem je metoda samozahřívajícího odpařování společnosti Defang Nano. Tento proces je jednodušší: po smíchání a rozpuštění výchozích surovin do suspenze se směs předehřeje a samoodepaří v reakční nádobě za vzniku želatinového předkrmu s buňkovou strukturou. Po počátečním drcení a sušení ve fluidní vrstvě je materiál spálen. Tato metoda eliminuje nutnost samostatné přípravy předkrmu fosfátu železitého, což vede k rovnoměrnějšímu smíchání materiálů, vyžaduje však vyšší přesnost řízení teploty. V současné době se hlavně používá při výrobě vysoce kvalitních akumulátorů pro energetická úložiště.
II. Sestavení článku a následné zpracování: Po přípravě kladné elektrody se tento materiál nanáší, válcuje a řeže na kladnou elektrodovou fólii. Ta je poté sestavena (překrytím nebo navinutím) spolu s grafitovou zápornou elektrodovou fólií a separátorem ve struktuře „kladná–separátor–záporná“ a umístěna do hliníkového pouzdra (pro články typu prismatický) nebo ocelového pouzdra (pro články typu válcový), čímž vznikne článek. Po naplnění směsí karbonátového elektrolytu článek prochází formovacím procesem, který ho aktivuje. Pro vytvoření pasivační vrstvy SEI na povrchu elektrod se používá nabíjení konstantním proudem a konstantním napětím. Nakonec jsou provedeny stárnutí, měření kapacity a třídění, aby byly odstraněny výrobky s nedostatečnou kapacitou a vnitřním odporem a zajistila se tak shoda článků.
