Kärnfunktioner: Litiumjärnfosfatbatterier (LiFePO₄, LFP), som använder litiumjärnfosfat som aktivt material i den positiva elektroden, grafit som negativ elektrod och en blandad karbonatlösning som elektrolyt, är för närvarande den dominerande batteritypen inom kraft- och energilagringsområdet. Deras kärnfördelar ligger i säkerhet, lång livslängd samt miljövänlighet och kostnadseffektivitet. Deras spänningsplattform är stabil vid 3,2 V, de kemiska reaktionerna under laddning och urladdning är milda, och de visar extremt hög termisk stabilitet. De klarar strikta säkerhetstester, såsom nålgenomträngning, trycktest och lagring vid hög temperatur, och uppfyller kraven i standarden GB 38031-2020. Det finns ingen brand- eller explosionsrisk inom 5 minuter efter termisk genomgång, vilket visar på en betydande säkerhetsfördel jämfört med ternära batterier.
Cykeltiden är en kärnkompetitiv fördel. Enligt den nationella standarden GB/T 36276, där kapacitetsförsämring till 80 % utgör referensmåttet, uppnår vanliga produkter 3000–4000 cykler vid 80 % urladdningsdjup (DOD), medan högpresterande produkter i laboratorietester kan överskrida 6000 cykler. I praktisk användning använder hushållsenergilagrings-scenarier ett laddnings- och urladdningsområde mellan 20 % och 80 % SOC, med en årlig försämring på endast 2,5 %, vilket ger en livslängd på 12–15 år; i ett lättladdnings- och lätturladdningsläge med 50 % DOD kan antalet cykler utökas till 8000, vilket perfekt motsvarar de högfrekventa cyklingkraven för solenergilagring.
Pågående teknologiska framsteg tar itu med prestandabristerna. Produkterna i fjärde generationen med hög spänningsdensitet har uppnått storskalig massproduktion, med en energidensitet per cell på 190 Wh/kg och en systemenergidensitet som överstiger 205 Wh/kg, vilket närmar sig nivån för ternära batterier. Samtidigt kontrolleras räckviddsminskningen i miljöer med låg temperatur (−30 °C) inom 20 % genom optimering med nya elektrolyter och termisk hanteringstekniker, och 4C-tekniken för ultrasnabb laddning kan uppnå 80 % laddning på 15 minuter, vilket löser de traditionella problemen med prestanda vid låg temperatur och snabbladdning.
Miljö- och kostnadsfördelarna är framträdande. De innehåller inte sällsynta tungmetaller som kobolt och nickel, överensstämmer med miljöreglerna enligt RoHS och REACH, har låga koldioxidutsläpp under hela sin livscykel och kan oskadliggöras och återvinnas på ett säkert sätt i enlighet med standarden GB/T 34015-2017 efter avveckling. På grund av att råmaterialen är lättillgängliga är kostnaden 15–20 % lägre jämfört med ternära litiumbatterier. Dessutom stödjer batterihanteringssystemet (BMS) varning på tre nivåer vid fel samt kretsbrytarrespons på millisekundnivå, vilket uppfyller kraven på redundansdesign för storskaliga energilagringskraftstationer.
Typiska tillämpningar: Tack vare sina prestandaegenskaper täcker den omfattande olika applikationsscenarier. Inom sektorn för fordon med ny energi stödjer produkter såsom BYDs Blade-batteri stabilt fordonsdrift under 600 000 kilometer; inom energilagringsområdet dominerar den fotovoltaiska/vindkraftrelaterade energilagring och projekt för lastutjämning i elnätet, och är även lämplig för hemmabaserade energilagringssystem; i kommersiella scenarier används den som kärnkraftkälla för elbussar, låghastighetselbilar och kommunikationsbasstationer – utrustning med höga krav på säkerhet och lång livslängd. Den globala marknadens storlek upprätthåller en genomsnittlig årlig tillväxttakt på över 20 % och förväntas överskrida 150 miljarder RMB år 2028.
Processen för framställning av vanlig katodmaterial: Katodmaterial är den kärnkomponent som avgör batteriets prestanda, och dess framställning omfattar två nyckelsteg: framställning av förförbrukningsmaterial och syntes. Metoden med karbotermisk reduktion i fast fas är den dominerande industriella processen.
Det första steget innebär framställning av järnfosfatförförbrukningsmaterialet. Med järn(II)jordbrunnsulfat heptahydrat som järnkälla och industriell fosforsyrlig som fosforkälla oxideras Fe²⁺ till Fe³⁺ med väteperoxid. Ammoniakvatten används för att justera pH-värdet till 1,5–2,5 för att fälla ut järnfosfat. Efter platt-och-ramfiltrering och rengöring med rent vatten för att ta bort orenheter torkas materialet snabbt och calcineras vid 500–600 °C för att erhålla batterigrad järnfosfatdihydratförförbrukningsmaterial med ett järn-till-fosfor-förhållande på cirka 0,97:1.
Det andra steget är syntesen av litiumjärnfosfat. Vattenfritt järnfosfat, litiumkarbonat (i ett stökiometriskt förhållande på 105 %) och en glukosbaserad kolkälla blandas i förutbestämda proportioner. Blandningen mals vått till en fin slurry med en D50 på 0,2–0,6 μm. Efter spraytorkning skickas materialet till en rullugn under kväteskydd, med en tvåstegs-sinterprocess: först sönderdelning av råmaterialen vid 350 °C i 4 timmar, följt av uppvärmning till 700–800 °C i 9–20 timmar för att fullborda karbotermisk reduktion. Kolkällan reducerar Fe³⁺ till Fe²⁺ och bildar ett ledande kolbelägg på partikelns yta. Efter sintering genomgår materialet luftstrålmalsning, klassificeringssiktning och kraftig magnetisk järnupptagning för att slutligen erhålla ett svart sammansatt katodmaterial med en olivin-kristallstruktur och en specifik kapacitet på 155–165 mAh/g.
Metoden för vätskefas fungerar som en kompletterande process, exemplifierad av Defang Nanos metod för självuppvärmning och avdunstning. Denna process är enklare: efter att råmaterialen blandats och lösts upp till en slurry upphettas blandningen företrädesvis och avdunstar själv i en reaktionskärl för att bilda en gel-liknande honungsrutformad förstadie. Efter initial krossning och torkning i fluidiserad bädd sinteras materialet. Denna metod eliminerar behovet av separat framställning av järnfosfatförstadie, vilket resulterar i mer enhetlig materialblandning, men kräver högre precision i temperaturkontroll. För närvarande används den främst vid produktionen av batterier för högpresterande energilagring. II. Cellmontering och efterbehandling: När den positiva elektrodmaterialen är framställd genomgår den beläggning, valsning och skärning för att bilda den positiva elektrodrullen. Denna rulle staplas eller lindas sedan tillsammans med den grafitbaserade negativa elektrodrullen och separatorn i en struktur med "positiv-separator-negativ" och placeras i ett aluminiumhölje (för prismatiska batterier) eller ett stålhölje (för cylindriska batterier) för att bilda cellen. Efter injicering av den karbonatbaserade blandade elektrolyten genomgår cellen en formationsprocess för att aktiveras. Konstant ström och konstant spänning används för att bilda en SEI-passiveringsfilm på elektrodens yta. Slutligen utförs åldring, kapacitetstestning och sortering för att eliminera produkter med icke godkänd kapacitet och inre resistans, vilket säkerställer enhetlighet mellan cellerna.
