Caractéristiques principales : Les batteries au lithium fer phosphate (LiFePO₄, LFP), qui utilisent le lithium fer phosphate comme matériau actif de l’électrode positive, le graphite comme électrode négative et une solution mixte de carbonates comme électrolyte, constituent actuellement le type de batterie dominant dans les domaines de la propulsion et du stockage d’énergie. Leurs principaux avantages résident dans leur sécurité, leur longue durée de vie, ainsi que leur caractère écologique et économique. Leur plateau de tension est stable à 3,2 V, les réactions chimiques lors des cycles de charge et de décharge sont modérées, et elles présentent une stabilité thermique extrêmement élevée. Elles réussissent avec succès des essais de sécurité rigoureux tels que la pénétration par une aiguille, la compression et le stockage à haute température, conformément aux exigences de la norme GB 38031-2020. Aucun risque d’incendie ni d’explosion n’apparaît dans les cinq minutes suivant une défaillance thermique, ce qui confère un avantage significatif en matière de sécurité par rapport aux batteries ternaires.
La durée de vie en cycles constitue un avantage concurrentiel fondamental. Selon la norme nationale GB/T 36276, avec une dégradation de capacité à 80 % comme critère, les produits grand public atteignent 3 000 à 4 000 cycles à une profondeur de décharge (DOD) de 80 %, tandis que les produits haut de gamme peuvent dépasser 6 000 cycles dans des essais en laboratoire. Dans les applications pratiques, les scénarios de stockage d’énergie domestique utilisent une plage de charge et de décharge de 20 % à 80 % de l’état de charge (SOC), avec une dégradation annuelle de seulement 2,5 %, ce qui confère une durée de vie de 12 à 15 ans ; en mode de charge et décharge superficielle à 50 %, le nombre de cycles peut être étendu à 8 000, répondant parfaitement aux exigences de cyclage fréquent propres au stockage d’énergie photovoltaïque.
Les progrès technologiques continus comblent les lacunes en matière de performances. Les produits haute densité de tension de quatrième génération sont désormais fabriqués à grande échelle, avec une densité énergétique par cellule de 190 Wh/kg et une densité énergétique système supérieure à 205 Wh/kg, approchant ainsi le niveau des batteries ternaires. Parallèlement, grâce à l’optimisation associée à de nouveaux électrolytes et à des technologies de gestion thermique, la réduction d’autonomie dans des environnements à basse température (-30 °C) est maîtrisée à moins de 20 %, tandis que la technologie de charge ultra-rapide 4C permet d’atteindre 80 % de charge en 15 minutes, résolvant ainsi les points faibles traditionnels liés aux performances à basse température et à la charge rapide.
Les avantages environnementaux et économiques sont prépondérants. Ils ne contiennent pas de métaux lourds rares tels que le cobalt et le nickel, sont conformes aux réglementations environnementales RoHS et REACH, génèrent des émissions de carbone faibles sur l’ensemble de leur cycle de vie et peuvent être démontés et recyclés sans danger, conformément à la norme GB/T 34015-2017, après leur mise au rebut. En raison de la disponibilité facile des matières premières, leur coût est inférieur de 15 % à 20 % par rapport à celui des batteries lithium-trinaires. Par ailleurs, le système de gestion de batterie (BMS) prend en charge un dispositif d’alerte en trois niveaux pour les pannes ainsi qu’une réponse de coupure de circuit à l’échelle de la milliseconde, répondant ainsi aux exigences de conception redondante des centrales de stockage d’énergie à grande échelle.
Applications typiques : Grâce à ses caractéristiques de performance, il couvre largement divers scénarios d’application. Dans le secteur des véhicules à énergie nouvelle, des produits tels que la batterie Blade de BYD assurent un fonctionnement stable du véhicule sur 600 000 kilomètres ; dans le domaine du stockage d’énergie, il domine les projets de stockage d’énergie photovoltaïque/éolienne et d’aplanissement des pics de charge sur le réseau électrique, et convient également aux systèmes domestiques de stockage d’énergie ; dans les scénarios commerciaux, les bus électriques, les véhicules électriques à faible vitesse et les stations de base de télécommunications — équipements exigeant une grande sécurité et une longue durée de vie — l’utilisent tous comme source d’alimentation principale. La taille du marché mondial enregistre un taux de croissance annuel composé supérieur à 20 % et devrait dépasser 150 milliards de yuans d’ici 2028.
Procédure de préparation des matériaux cathodiques grand public : Le matériau cathodique est le composant central déterminant les performances de la batterie, et sa préparation implique deux étapes clés : la préparation du précurseur et la synthèse. La méthode carbothermique par voie solide est le procédé industriel dominant.
La première étape consiste à préparer le précurseur de phosphate de fer. En utilisant le sulfate ferreux heptahydraté comme source de fer et l’acide phosphorique industriel comme source de phosphore, les ions Fe²⁺ sont oxydés en Fe³⁺ à l’aide de peroxyde d’hydrogène. De l’eau ammoniacale est utilisée pour ajuster le pH à une valeur comprise entre 1,5 et 2,5 afin de précipiter le phosphate de fer. Après filtration sur presse à plaques et cadres et lavage à l’eau pure pour éliminer les impuretés, le matériau est séché instantanément puis calciné à une température de 500–600 °C afin d’obtenir un précurseur de phosphate de fer dihydraté de qualité batterie, présentant un rapport fer/phosphore d’environ 0,97:1.
La deuxième étape est la synthèse du phosphate de fer de lithium. Le phosphate de fer anhydre, le carbonate de lithium (à un rapport stéchiométrique de 105%) et une source de glucose carbone sont mélangés en proportion. Le mélange est broyé à l'humidité pour former une fine suspension à D50 de 0,2 à 0,6 μm. Après séchage par pulvérisation, le matériau est envoyé dans un four à rouleaux sous protection par l'azote, en utilisant un procédé de frittage en deux étapes: prédécomposition des matières premières à 350 °C pendant 4 heures, suivie d'un chauffage à 700-800 °C pendant La source de carbone réduit le Fe3+ en Fe2+ et forme une couche de revêtement de carbone conductrice sur la surface de la particule. Après le frittage, le matériau est soumis à un fraisage à jet d'air, à un criblage de classification et à une élimination du fer par un fort magnétisme pour obtenir finalement un matériau cathodique composite noir avec une structure cristalline d'olivine et une capacité spécifique de 155-1
La méthode en phase liquide constitue un procédé complémentaire, illustré par la méthode d’évaporation autochauffante de Defang Nano. Ce procédé est plus simple : après mélange et dissolution des matières premières dans une boue, le mélange est préchauffé puis s’évapore spontanément dans un réacteur afin de former un précurseur de gel présentant une structure alvéolaire. Après broyage initial et séchage en lit fluidisé, le matériau est fritté. Cette méthode élimine la nécessité d’une préparation séparée du précurseur de phosphate de fer, ce qui permet un mélange plus homogène des matériaux, mais exige un contrôle de température plus précis. Actuellement, elle est principalement utilisée dans la production de batteries de stockage d’énergie haut de gamme.
II. Assemblage des cellules et opérations postérieures : Une fois le matériau de cathode préparé, il subit les étapes de revêtement, laminage et découpe afin de former la feuille de cathode. Celle-ci est ensuite empilée ou enroulée avec la feuille d’anode en graphite et le séparateur selon une structure « cathode-séparateur-anode », puis placée dans un boîtier en aluminium (pour les batteries prismatiques) ou en acier (pour les batteries cylindriques) afin de former la cellule. Après injection de l’électrolyte mixte à base de carbonates, la cellule subit un processus de formation afin de l’activer. Un chargement à courant constant et à tension constante est utilisé pour former un film passivant SEI à la surface des électrodes. Enfin, des opérations de vieillissement, de test de capacité et de tri sont réalisées afin d’éliminer les produits dont la capacité ou la résistance interne ne répondent pas aux spécifications, garantissant ainsi la cohérence des cellules.
