Kjerneegenskapar: Litium-jernfosfatbatterier (LiFePO₄, LFP), som bruker litium-jernfosfat som aktivt materiale på den positive elektroden, grafitt som negativ elektrode og en blanding av karbonat som elektrolytt, er for tiden den dominerende batteritypen innen kraft- og energilagringsfeltet. Deres sentrale fordeler ligger i sikkerhet, lang levetid samt miljøvennlighet og kostnadseffektivitet. Deres spenningsplattform er stabil ved 3,2 V, kjemiske reaksjoner under opplading og utladning er milde, og de viser ekstremt høy termisk stabilitet. De klarer strenge sikkerhetstester som nålpiercing, komprimering og lagring ved høy temperatur, og oppfyller kravene i standarden GB 38031-2020. Det er ingen brann- eller eksplosjonsfare innen 5 minutter etter termisk løsrivelse, noe som demonstrerer en betydelig sikkerhetsfordel sammenlignet med ternære batterier.
Syklusliv er en kjernekonkurransefordel. I henhold til nasjonalstandarden GB/T 36276, der kapasitetsnedgang til 80 % utgjør standarden, oppnår vanlige produkter 3000–4000 sykler ved 80 % utladningsdybde (DOD), mens high-end-produkter i laboratorietester kan overstige 6000 sykler. I praktisk bruk benytter husholdningsenergilagringsløsninger et lade- og utladningsområde på 20–80 % SOC, med en årlig nedgang på bare 2,5 %, noe som gir en levetid på 12–15 år; i en 50 % grunnlaget ladning- og utladningsmodus kan antallet sykler utvides til 8000, noe som perfekt samsvarer med kravene til hyppig syklisering i solcelleenergilagring.
Kontinuerlige teknologiske fremskritt adresserer ytelsesbegrensninger. Produkter av fjerde generasjon med høy spenningsdensitet er nå i stor skala i masseproduksjon, med en energidensitet per celle på 190 Wh/kg og en systemenergidensitet på over 205 Wh/kg, noe som nærmar seg nivået til ternære batterier. Samtidigt kontrolleres rekkeviddereduktionen i miljøer med lave temperaturer (–30 °C) innenfor 20 % gjennom optimalisering med nye elektrolytter og termisk styringsteknologier, og 4C ultra-raskladeteknologi kan oppnå 80 % ladning på 15 minutter, noe som løser de tradisjonelle problemområdene knyttet til lavtemperaturytelse og rasklading.
Miljømessige og kostnadsfordeler er fremtredende. De inneholder ikke sjeldne tungmetaller som kobalt og nikkel, overholder RoHS- og REACH-miljøregulativene, har lave karbonutslipp gjennom hele levetiden og kan demonteres og resirkuleres uten fare i henhold til standarden GB/T 34015-2017 etter uttjening. På grunn av lett tilgjengelige råmaterialer er kostnaden 15–20 % lavere enn for ternære litiumbatterier. Videre støtter batteristyringssystemet (BMS) advarsel på tre nivåer ved feil og kretsbryterrespons på millisekundnivå, noe som oppfyller kravene til redundant design for store energilagringskraftstasjoner.
Typiske applikasjoner: Takket være sine ytelsesegenskaper dekker den omfattende ulike anvendelsesscenarier. I sektoren for nye energiforsyninger støtter produkter som BYDs Blade-batteri stabil kjøretøydrift i 600 000 kilometer; i energilagringssektoren dominerer den fotovoltaisk/vindkraftrelaterte energilagring og nettverkslasttoppfyllingsprosjekter, og er også egnet for hjemmeplasserte energilagringssystemer; i kommersielle scenarier brukes den som kjerneenergikilde i elektriske busser, lavhastighetselektriske kjøretøyer og kommunikasjonsbasestasjoner – utstyr med høye krav til sikkerhet og lang levetid. Den globale markedsstørrelsen opprettholder en samlet årlig vekstrate på over 20 % og forventes å overstige 150 milliarder RMB innen 2028.
Hovedstrømsprosess for fremstilling av katodemateriale: Katodemateriale er den sentrale komponenten som bestemmer batteriets ytelse, og dens fremstilling omfatter to nøkkeltrinn: fremstilling av forløpermateriale og syntese. Karbotermisk reduksjonsfastfase-metoden er den dominerende industrielle prosessen.
Det første trinnet innebär å fremstille jernfosfat-forløperen. Ved å bruke jern(II) sulfat heptahydrat som jernkilde og industriel fosforsyre som fosforkilde, oksideres Fe²⁺ til Fe³⁺ ved hjelp av hydrogenperoksid. Ammoniakkvann brukes til å justere pH-verdien til 1,5–2,5 for å felle ut jernfosfat. Etter plateramme-filtrering og vasking med rent vann for å fjerne urenheter, tørkes materialet raskt og kalsineres ved 500–600 °C for å få et batterikvalitets jernfosfat-dihydrat-forløpermateriale med et jern-til-fosfor-forhold på ca. 0,97:1.
Det andre trinnet er syntesen av litium-jern-fosfat. Vannfritt jernfosfat, litiumkarbonat (i et støkiometrisk forhold på 105 %) og en glukosekilde til karbon blandes i riktig forhold. Blandingen mals vått til en fin suspensjon med en D50 på 0,2–0,6 μm. Etter spraytørking sendes materialet til en rulleovn under nitrogenbeskyttelse ved hjelp av en totrinns-sinterprosess: først en fordekomposisjon av råmaterialene ved 350 °C i 4 timer, deretter oppvarming til 700–800 °C i 9–20 timer for fullføring av karbotermisk reduksjon. Karbonkilden reduserer Fe³⁺ til Fe²⁺ og danner et ledende karbonbelægningslag på partikkeloverflaten. Etter sintering gjennomgår materialet luftstrålemaling, klassifiseringssikting og kraftig magnetisk jernfjerning for å til slutt få et svart sammensatt katodemateriale med olivin-kristallstruktur og en spesifikk kapasitet på 155–165 mAh/g.
Metoden i væskefase fungerer som en tilleggsprosess, illustrert ved Defang Nanos selvoppvarmende fordampningsmetode. Denne prosessen er enklere: Etter at råmaterialene er blitt blandet og løst i en slam, blir blandingen forvarmet og selvfordampet i en reaktortank for å danne en bikakemessig gel-precursor. Etter innledende knusing og tørking i fluidisert seng sinteres materialet. Denne metoden eliminerer behovet for separat forberedelse av jernfosfat-precursor, noe som fører til mer jevn blanding av materialet, men krever høyere nøyaktighet i temperaturkontroll. For tiden brukes den hovedsakelig i produksjonen av batterier for energilagring av høy kvalitet. II. Cellemontering og etterbehandling: Etter at katodematerialet er forberedt, gjennomgår det belægnings-, vals- og skjæreprøver for å danne katodeplaten. Denne stables eller vikles deretter sammen med grafittanodeplaten og separatoren i en «katode-separator-anode»-struktur, og plasseres i et aluminiumskapsel (for prismeformede batterier) eller et stålkapsel (for sylindriske batterier) for å danne cellen. Etter injeksjon av karbonatbasert blandelettrolytt gjennomgår cellen en formingsprosess for å aktivere den. Konstant strøm og konstant spenning brukes til å danne en SEI-passiveringsfilm på elektrodeoverflaten. Til slutt utføres aldringsbehandling, kapasitetstesting og sortering for å eliminere produkter med utilfredsstillende kapasitet og indre motstand, og sikre konsistens mellom cellene.
