Centrale egenskaber: Lithium-jernfosfatbatterier (LiFePO₄, LFP), som anvender lithium-jernfosfat som aktivt materiale til den positive elektrode, grafit som negativ elektrode og en blanding af carbonatopløsning som elektrolyt, er i dag den dominerende batteritype inden for kraftforsyning og energilagring. Deres kernefordele ligger i sikkerhed, lang levetid samt miljøvenlighed og omkostningseffektivitet. Deres spændingsplatform er stabil ved 3,2 V, de kemiske reaktioner under opladning og afladning er milde, og de udviser ekstrem termisk stabilitet. De kan bestå strenge sikkerhedstests som nålpiercing, komprimering og opbevaring ved høj temperatur og opfylder kravene i standarden GB 38031-2020. Der er ingen risiko for brand eller eksplosion inden for 5 minutter efter termisk runaway, hvilket demonstrerer en betydelig sikkerhedsfordel i forhold til ternære batterier.
Cyklusliv er en kernekompetitiv fordel. Ifølge den nationale standard GB/T 36276, hvor kapacitetsnedgang til 80 % udgør referencepunktet, opnår almindelige produkter 3.000–4.000 cyklusser ved 80 % afladningsdybde (DOD), mens high-end-produkter i laboratorietests kan overstige 6.000 cyklusser. I praktiske anvendelser anvender hjemmeproducerede energilagringsløsninger et opladnings- og afladningsområde på 20–80 % SOC, hvilket resulterer i en årlig nedgang på kun 2,5 % og en levetid på 12–15 år; i en 50 % lavdybde opladnings- og afladningsmodus kan antallet af cyklusser udvides til 8.000, hvilket perfekt opfylder kravene til hyppig cyklisering i fotovoltaisk energilagring.
Kontinuerlige teknologiske fremskridt afhjælper ydelsesmæssige mangler. Produkterne fra den fjerde generation med høj spændingsdensitet er nu i stor skala i masseproduktion, med en energidensitet pr. celle på 190 Wh/kg og en systemenergidensitet på over 205 Wh/kg, hvilket nærmer sig niveauet for ternære batterier. Samtidig kontrolleres rækkeviddereduktionen i lavtemperaturmiljøer ved -30 °C inden for 20 % gennem optimering med nye elektrolytter og termiske styringsteknologier, og 4C ultra-hurtig opladningsteknologi kan opnå 80 % opladning på 15 minutter, hvilket løser de traditionelle udfordringer vedrørende lavtemperaturydelse og hurtig opladning.
Miljømæssige og omkostningsmæssige fordele er fremtrædende. De indeholder ikke sjældne tungmetaller som kobalt og nikkel, overholder RoHS- og REACH-miljøreglerne, har lave CO₂-emissioner gennem hele deres levetid og kan uskadeligt demonteres og genbruges i henhold til standarden GB/T 34015-2017 efter udfasning. På grund af de lettilgængelige råmaterialer er omkostningerne 15–20 % lavere end for ternære litiumbatterier. Desuden understøtter batteristyringssystemet (BMS) advarsel på tre niveauer ved fejl samt enafbryderreaktion på millisekundniveau, hvilket opfylder kravene til redundant design i store energilagringskraftværker.
Typiske anvendelser: Takket være dets ydeevnegenskaber dækker det bredt en række anvendelsesscenarier. I sektoren for nye energikøretøjer understøtter produkter som BYDs Blade-batteri stabil køretøjsdrift over 600.000 kilometer; inden for energilagring dominerer det fotovoltaisk/vindenergi-lagring samt nettopudjævningsprojekter og er også velegnet til hjemmeholdte energilagringssystemer; i kommercielle scenarier anvendes det som kernekraftkilde til elektriske busser, lavhastigheds-elkøretøjer og kommunikationsbasestationer – udstyr med høje krav til sikkerhed og lang levetid. Den globale markedsstørrelse opretholder en gennemsnitlig årlig vækstrate på over 20 % og forventes at overstige 150 milliarder RMB i 2028.
Hovedstrøms fremstilling af katodemateriale: Katodematerialet er den centrale komponent, der bestemmer batteriets ydeevne, og dets fremstilling omfatter to nøgletrin: fremstilling af prækursor og syntese. Den karbotermiske reduktions fastfase-metode er den almindelige industrielle proces.
Det første trin omfatter fremstillingen af jernfosfat-prækursoren. Ved at bruge jern(II)-sulfat heptahydrat som jernkilde og industriel fosforsyre som fosforkilde oxideres Fe²⁺ til Fe³⁺ ved hjælp af brintoveroxid. Ammoniakvand anvendes til at justere pH-værdien til 1,5–2,5 for at fælde jernfosfat. Efter plade-og-ramme-filtrering og rensning med rent vand for at fjerne urenheder tørres materialet hurtigt og calcineres ved 500–600 °C for at opnå et batterikvalitets jernfosfat-dihydrat-prækursor med et jern-til-fosfor-forhold på ca. 0,97:1.
Det andet trin er syntesen af lithiumjernfosfat. Vandfrit jernfosfat, litiumkarbonat (i et støkiometrisk forhold på 105 %) og en glukosekilde til kulstof blandes i forhold. Blandingen males vådt til en fin slurry med en D50 på 0,2–0,6 μm. Efter spraytørring sendes materialet til en rulleovn under beskyttelse med kvælstof ved hjælp af en totrins-sinterproces: forudgående nedbrydning af råmaterialer ved 350 °C i 4 timer, efterfulgt af opvarmning til 700–800 °C i 9–20 timer for at fuldføre karbotermisk reduktion. Kulstofforsyningen reducerer Fe³⁺ til Fe²⁺ og danner et ledende kulstofbelægningslag på partiklernes overflade. Efter sintering gennemgår materialet luftstrålemaling, klassificeringsscreening og kraftig magnetisk jernfjernelse for endeligt at opnå et sort sammensat katodemateriale med en olivinkrystalstruktur og en specifik kapacitet på 155–165 mAh/g.
Væskefasemetoden fungerer som en supplerende proces, illustreret ved Defang Nano's selvopvarmende fordampningsmetode. Denne proces er enklere: Efter blanding og opløsning af råmaterialerne i en slurry opvarmes blandingen forud og fordampes selv i en reaktionsbeholder for at danne en bikakemæssig gelprækursor. Efter indledende knusning og tørre i fluidiseret bed sinteres materialet. Denne metode eliminerer behovet for separat fremstilling af jernfosfatprækursor, hvilket resulterer i mere ensartet blanding af materialer, men kræver højere præcision i temperaturreguleringen. I dag anvendes den primært til produktion af high-end energilagringsbatterier. II. Cellemontering og efterbehandling: Når den positive elektrodematerial er fremstillet, gennemgår det belægnings-, vals- og skæreprcesser for at danne det positive elektrodeark. Dette ark samles derefter enten i lag eller vikles sammen med det grafitbaserede negative elektrodeark og separator i en "positiv-separator-negativ"-struktur og placeres i en aluminiumsbeholder (til prismatiske batterier) eller en stålbeholder (til cylindriske batterier) for at danne cellen. Efter indsprøjtning af den carbonatbaserede blandede elektrolyt undergår cellen en formationsproces for at aktivere den. Der anvendes konstant strøm og konstant spænding under opladning for at danne en SEI-passiveringsfilm på elektrodeoverfladen. Til sidst udføres aldringsbehandling, kapacitetstestning og sortering for at eliminere produkter med utilstrækkelig kapacitet og indre modstand, hvilket sikrer konsistens mellem cellerne.
