Kernkenmerken: Lithiumijzerfosfaat (LiFePO₄, LFP)-batterijen, die lithiumijzerfosfaat gebruiken als actief materiaal voor de positieve elektrode, grafiet als negatieve elektrode en een gemengde carbonaatoplossing als elektrolyt, zijn momenteel het meest gebruikte batterijtype op het gebied van energievoorziening en energieopslag. De kernvoordelen liggen in veiligheid, lange levensduur, milieuvriendelijkheid en kosteneffectiviteit. Het spanningsplatform is stabiel op 3,2 V, de chemische reacties tijdens opladen en ontladen zijn mild en ze vertonen een uiterst hoge thermische stabiliteit. Ze halen strenge veiligheidstests zoals naaldpenetratie, uitdrukking en opslag bij hoge temperatuur met succes, waardoor ze voldoen aan de eisen van de norm GB 38031-2020. Er bestaat geen risico op brand of explosie binnen vijf minuten na thermische ontlading, wat een duidelijk veiligheidsvoordeel ten opzichte van ternaire batterijen aantoont.
De cyclustijd is een kerncompetitief voordeel. Volgens de nationale norm GB/T 36276, waarbij een capaciteitsvermindering tot 80 % als criterium geldt, bereiken mainstreamproducten 3000–4000 cycli bij een ontladingsdiepte (DOD) van 80 %, terwijl hoogwaardige producten in laboratoriumtests meer dan 6000 cycli kunnen halen. In praktijktoepassingen wordt bij huishoudelijke energieopslag een laad- en ontlaadbereik van 20–80 % SOC gebruikt, met een jaarlijkse capaciteitsvermindering van slechts 2,5 %, wat resulteert in een levensduur van 12–15 jaar; in een modus met oppervlakkige lading en ontlading van 50 % kan het aantal cycli worden uitgebreid tot 8000, wat perfect aansluit bij de eisen van frequent cyclisch gebruik in fotovoltaïsche energieopslagsystemen.
Voortdurende technologische vooruitgang lost prestatietekorten op. De producten van de vierde generatie met hoge spanning en hoge energiedichtheid zijn in grote aantallen in massaproductie genomen, met een energiedichtheid per cel van 190 Wh/kg en een systeemenergiedichtheid van meer dan 205 Wh/kg, wat het niveau van ternaire batterijen benadert. Tegelijkertijd wordt, door optimalisatie met nieuwe elektrolyten en thermomanagementtechnologieën, de actieradiusvermindering in omgevingen met lage temperaturen van -30 °C beperkt tot minder dan 20 %, en kan de 4C-ultrasnelle laadtechnologie binnen 15 minuten een oplaadniveau van 80 % bereiken, waardoor de traditionele knelpunten op het gebied van prestaties bij lage temperaturen en snelladen worden opgelost.
De milieu- en kostenvoordelen zijn prominent. Ze bevatten geen schaarse zware metalen zoals kobalt en nikkel, voldoen aan de milieuregels van RoHS en REACH, hebben lage koolstofemissies gedurende hun levenscyclus en kunnen na uitdiensttreding volgens de norm GB/T 34015-2017 op een onschadelijke manier worden gedemonteerd en gerecycled. Door de gemakkelijk verkrijgbare grondstoffen is de prijs 15–20% lager dan die van ternaire lithiumbatterijen. Bovendien ondersteunt het batterijbeheersysteem (BMS) een driedelige foutwaarschuwing en een stroomonderbrekerreactie op milliseconde-niveau, waardoor wordt voldaan aan de redundantieontwerpvereisten voor grootschalige energieopslagcentrales.
Typische toepassingen: Dankzij zijn prestatiekenmerken dekt het een breed scala aan toepassingsscenario's. In de sector van nieuwe-energievoertuigen ondersteunen producten zoals de Blade-batterij van BYD een stabiele voertuigwerking over een afstand van 600.000 kilometer; op het gebied van energieopslag is het marktleider voor fotovoltaïsche en windenergie-opslagsystemen en netpiekverlagingprojecten, en het is ook geschikt voor huishoudelijke energieopslagsystemen; in commerciële scenario's worden elektrische bussen, elektrische voertuigen met lage snelheid en communicatiebasisstations—apparatuur met hoge eisen op het gebied van veiligheid en levensduur—allemaal aangedreven door deze batterij als kernenergiebron. De wereldwijde marktomvang kent een samengestelde jaarlijkse groeipercentage van meer dan 20% en wordt verwacht dat deze in 2028 meer dan 150 miljard RMB zal bedragen.
Standaardproces voor de bereiding van kathodemateriaal: Kathodemateriaal is het kerncomponent dat de batterijprestaties bepaalt, en de bereiding ervan omvat twee belangrijke stappen: de bereiding van het precursor-materiaal en de synthese. De carbothermische reductie in vaste fase is het standaard industriële proces.
De eerste stap bestaat uit de bereiding van het ijzerfosfaat-precursor-materiaal. Met ferroso-sulfaat-hepta-hydraat als ijzerbron en industrieel fosforzuur als fosforbron wordt Fe²⁺ geoxideerd tot Fe³⁺ met behulp van waterstofperoxide. Ammoniakwater wordt gebruikt om de pH aan te passen tot 1,5–2,5, waardoor ijzerfosfaat neerslaat. Na platen- en kaderfiltratie en spoeling met zuiver water om onzuiverheden te verwijderen, wordt het materiaal snel gedroogd en gebrand bij 500–600 °C om een batterijkwaliteit-ijzerfosfaat-dihydraat-precursor te verkrijgen met een ijzer-tot-fosfor-verhouding van ongeveer 0,97:1.
De tweede stap is de synthese van lithiumijzerfosfaat. Watervrij ijzerfosfaat, lithiumcarbonaat (in een stoichiometrische verhouding van 105%) en een glucosekoolstofbron worden in verhouding gemengd. Het mengsel wordt nat gemalen tot een fijne slurrie met een D50 van 0,2–0,6 μm. Na spraydrogen wordt het materiaal onder stikstofbescherming naar een rolketel gestuurd, waarbij een twee-traps sinterproces wordt toegepast: voorontleding van de grondstoffen bij 350 °C gedurende 4 uur, gevolgd door opverhitting tot 700–800 °C gedurende 9–20 uur om de carbothermische reductie te voltooien. De koolstofbron reduceert Fe³⁺ tot Fe²⁺ en vormt een geleidende koolstofdeklaag op het oppervlak van de deeltjes. Na het sinteren ondergaat het materiaal luchtkanonmaling, classificerend zeven en krachtige magnetische ijzeruitscheiding om uiteindelijk een zwarte composiet-kathodemateriaal te verkrijgen met een olijfsteen-kristalstructuur en een specifieke capaciteit van 155–165 mAh/g.
De vloeifasemethode dient als aanvullend proces, geïllustreerd door de zelfverwarmende verdampingsmethode van Defang Nano. Dit proces is eenvoudiger: nadat de grondstoffen zijn gemengd en opgelost in een slurry, wordt het mengsel voorverwarmd en zelfverdampt in een reactietank om een gelachtige, honingraatachtige precursor te vormen. Na initiële vermalen en drogen in een fluidisatiebed wordt het materiaal gesinterd. Deze methode elimineert de noodzaak tot afzonderlijke bereiding van de ijzerfosfaatprecursor, wat leidt tot een uniformere menging van het materiaal, maar vereist een hogere precisie bij temperatuurregeling. Momenteel wordt deze methode voornamelijk gebruikt bij de productie van hoogwaardige energieopslagbatterijen.
II. Celmontage en nabewerking: Nadat het positieve elektrodemateriaal is bereid, ondergaat het een coating-, wals- en snijproces om de positieve elektrodeplaat te vormen. Deze wordt vervolgens gestapeld of opgerold samen met de grafietnegatieve elektrodeplaat en de separator in een 'positief-separator-negatief'-structuur, en in een aluminium behuizing (voor prismatische batterijen) of stalen behuizing (voor cilindrische batterijen) geplaatst om de cel te vormen. Na het injecteren van het op carbonaten gebaseerde gemengde elektrolyt ondergaat de cel een formatieproces om deze te activeren. Er wordt gebruikgemaakt van constante-stroom- en constante-spanningslading om een SEI-passivatielaag op het elektrodeoppervlak te vormen. Ten slotte worden veroudering, capaciteitstests en sortering uitgevoerd om producten met onvoldoende capaciteit en inwendige weerstand te elimineren, waardoor de consistentie van de cellen wordt gewaarborgd.
