Olulisemad omadused: Liitium-raud-fosfaadi (LiFePO₄, LFP) akud, mille positiivse elektroodi aktiivmaterjaliks on liitium-raud-fosfaat, negatiivse elektroodi materjaliks grafiit ja elektrolüüdiks segatud karbonaatlahus, on praegu peamiseks akutüübiks energiatootmise ja energiamahutuse valdkonnas. Nende põhieelised eelised on ohutus, pikk eluiga ning keskkonnasõbralikkus ja majanduslikkus. Nende pingeplatvorm on stabiilne 3,2 V juures, laadimise ja tühjendamise ajal toimuvad keemilised reaktsioonid on mõõdukad ning nad näitavad erakordselt kõrget soojusstabiilsust. Nad lähevad läbi rangeid ohutusteste, näiteks nõela läbipõrkumise, surve all pidamise ja kõrgtemperatuurilise ladustamise, vastavalt standardile GB 38031-2020. Soojusläbikäigu järel ei ole tule- ega plahvatusoht 5 minuti jooksul, mis näitab olulist ohutuse eelisena kolmetegevuslike akude suhtes.
Tsüklielujälg on üheks põhikompetitiivseks eeliseks. Riikliku standardi GB/T 36276 kohaselt, kus kapasiteedi langus 80%–ni on mõõdupuuks, saavutavad tavalised tooted 3000–4000 tsüklit 80% laadimis- ja tühjenemissügavusel (DOD), samas kui kõrgklassi tooted võivad laboritingimustes ületada 6000 tsüklit. Praktilistes rakendustes kasutatakse kodumajapidamiste energiavarude puhul laadimis- ja tühjenemisvahemikku 20–80% SOCs, aastas toimub kapasiteedi langus vaid 2,5%, mis tagab eluea 12–15 aastat; 50% sügavusega kergemas laadimis- ja tühjenemisrežiimis saab tsüklite arvu pikendada 8000-ni, mis vastab täielikult päikesepaneelide energiavarude kõrgsageduslikule tsükleerimistööle.
Pidevad tehnoloogilised edusammud lahendavad jõudluse puudusi. Neljanda põlvkonna kõrgpinge tihedusega tooted on saavutanud suuremahulise massitootmise, mille ühikraku energiatihedus on 190 Wh/kg ja süsteemi energiatihedus ületab 205 Wh/kg, lähenedes ternaaarsete akude tasemele. Samal ajal on uute elektrolüütide ja soojusjuhtimistehnoloogiate optimeerimisega saavutatud, et -30 °C madalatel temperatuuritel sõiduulatuse vähenemine on piiratud 20%-ga ja 4C ultra-kiire laadimistehnoloogia võimaldab 80% laadimist 15 minuti jooksul, lahendades traditsioonilised probleemid madalatel temperatuuridel töötamisega ja kiirlaadimisega.
Keskkondlikud ja kulueelised eelised on silmatorkavad. Nad ei sisalda haruldasi raskemetalle, nagu kobalt ja nikkel, vastavad RoHS- ja REACH-keskkonnaregulatsioonidele, neil on kogu elutsükli vältel madalad süsinikudetsemised ja nende kasutuselt välja võetud järel saab neid GB/T 34015-2017 standardi kohaselt ohutult lahti võtta ja taasringlusse võtta. Kuna lähtematerjalid on kergesti saadaval, on nende hind 15–20% madalam kui kolmekomponendiliste liitiumaku puhul. Lisaks toetab akujuhtsüsteem (BMS) kolmeastmelist veateatmist ja millisekundites reageerivat lülitusseadet, täites suurte energiamahtude salvestamise elektrijaamade üleliialisuse projekteerimise nõuded.
Tüüpilised rakendused: Selle suurte jõudlustunnustega tänu ulatub see laialdaselt erinevatesse rakendussituatsioonidesse. Uue energia sõidukite valdkonnas tagavad näiteks BYD-i Blade Battery tooted stabiilse sõiduki töö 600 000 kilomeetri kaugusel; energiamahtuvuse valdkonnas domineerib see päikeseelektri- ja tuuleenergia salvestusprojektides ning võrgu koormustippe reguleerivates projektides ning sobib ka kodumajapidamiste energiamahtuvussüsteemidele; ärkliikumissituatsioonides kasutatakse seda tuumapõhjana elektribustes, madala kiirusega elektrisõidukites ja sidebaasjaamades – seadmetes, mille puhul on esmatähtis ohutus ja pikk eluiga. Rahvusvaheline turumaht säilitab üle 20% aastas kasvava keskmise aastasliku kasvumäära ja prognoositakse, et see ületab 2028. aastaks 150 miljardit RMB-d.
Peamise katoodmaterjali valmistamise protsess: Katoodmaterjal on tuumakomponent, mis määrab akukujutuse, ja selle valmistamine hõlmab kahte peamist etappi: eelkäija valmistamist ja sünteesi. Karbontermiline redutseeriv tahkefaasimeetod on tööstuslikult levinud protsess.
Esimene samm hõlmab raudfosfaadi eelkäija valmistamist. Rauaallikana kasutatakse rauasulfaati heptahüdraati ja fosforiallikana tööstuslikku fosforhappeid; Fe²⁺ oksüdeeritakse vesinikperoksiidiga Fe³⁺-ks. Ammooniavett kasutatakse pH väärtuse reguleerimiseks vahemikku 1,5–2,5, et sadestada raudfosfaat. Pärast plaat-ja-raamfiltratsiooni ja puhta vee abil toimuvat puhastamist (et eemaldada segunemised) kuivatatakse materjal kiiresti ja kuumutatakse 500–600 °C juures, et saada akuklassi raudfosfaat-dihüdraat eelkäija, mille raua ja fosfori suhe on umbes 0,97:1.
Teine samm on liitiumi-raud-fosfaadi süntees. Anhüdroosne raud-fosfaat, liitiumkarbonaat (stöhhiomeetrilises suhtes 105 %) ja glükoos kui süsinikuallikas segatakse kindlaksmääratud proportsioonis. Segu põhjustatakse niiskes mahlas, mille D50 on 0,2–0,6 μm. Pärast purskkuivatamist saadetakse materjal rollerpitsi lähtumaterjalide eeljahutamiseks 350 °C juures 4 tundi läbi läbivate gaasipõhiste tingimustega (lämmastikukaitse all), seejärel kuumutatakse 700–800 °C-ni 9–20 tundi, et lõpetada karbotermiline reduktsioon. Süsinikuallikas vähendab Fe³⁺-ioone Fe²⁺-ioonideks ja moodustab osakeste pinnale juhtiva süsinikukihina. Pärast põletamist läbib materjal õhuvooluga mahlamise, klassifikatsioonifiltreerimise ja tugeva magnetvälja abil raua eemaldamise, et lõpuks saada must komposiitkatoodematerjal oliviin-kristallstruktuuriga ja erikapatsiteedega 155–165 mAh/g.
Tahke faasi meetod on täiendav protsess, mille näiteks on Defang Nano endakuumenemise aurustusmeetod. See protsess on lihtsam: pärast lähtematerjalide segamist ja lahustamist seguks (slurry) kuumutatakse segu eelnevalt reaktoritankis ja see aurustub ise, moodustades mesilasrakkude kujulise geel-eelkäija. Pärast esmase purustamise ja ujuvkihi kuivatamise järgneb materjali põletamine. See meetod võimaldab hargneda eraldi raudfosfaadi eelkäija valmistamisest, tagades ühtlasema materjalisegemise, kuid nõuab täpsemat temperatuuri reguleerimist. Hetkel kasutatakse seda peamiselt kõrgtehnoloogiliste energiamahtuvuse akude tootmisel. II. Rakupuhastus ja järgnevt töötlemine: Pärast positiivse elektroodi materjali valmistamist kantakse see kattekihina, valtsitakse ja lõigatakse, et saada positiivse elektroodi leht. See paigutatakse seejärel grafiitnegatiivse elektroodi lehe ja eraldusmaterjaliga "positsioon-eraldaja-negatiiv" struktuuris kihistatult või keeratult ning asetatakse alumiiniumist korpusesse (prismaatiliste akude puhul) või terasest korpusesse (silindriliste akude puhul), et moodustada rakupuhastus. Pärast karbonaatpõhise segaelektrolüüdi süttimist läbib rakupuhastus aktiveerimisprotsessi. SEI passiivkile moodustamiseks elektroodipinnale kasutatakse pidevavoolu ja pidevpinge laadimist. Lõpuks viiakse läbi vananemistest, mahutavustesti ja sortimist, et kõrvaldada tooted, mille mahutavus ja sisemine takistus ei vasta nõuetele, tagades seega rakupuhastuste ühtlase kvaliteedi.
