ลักษณะหลัก แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO₄, LFP) ซึ่งใช้ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นวัสดุแอคทีฟที่ขั้วบวก กราไฟต์เป็นขั้วลบ และสารละลายคาร์บอเนตผสมเป็นอิเล็กโทรไลต์ ปัจจุบันถือเป็นแบตเตอรี่ประเภทหลักในภาคพลังงานและระบบเก็บพลังงาน ข้อได้เปรียบหลักของแบตเตอรี่ชนิดนี้อยู่ที่ความปลอดภัย อายุการใช้งานยาวนาน รวมทั้งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและคุ้มค่าทางต้นทุน แรงดันทำงานคงที่ที่ 3.2 V การทำปฏิกิริยาเคมีระหว่างการชาร์จและการคายประจุเป็นไปอย่างนุ่มนวล และมีเสถียรภาพทางความร้อนสูงมาก สามารถผ่านการทดสอบความปลอดภัยที่เข้มงวด เช่น การเจาะด้วยเข็ม การบีบอัด และการเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูง ตามมาตรฐาน GB 38031-2020 ได้ โดยไม่มีความเสี่ยงต่อการลุกไหม้หรือระเบิดภายในระยะเวลา 5 นาทีหลังจากเกิดภาวะ thermal runaway แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบด้านความปลอดภัยที่เด่นชัดเมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่แบบเทอร์นารี
อายุการใช้งานแบบวงจร (Cycle life) เป็นข้อได้เปรียบในการแข่งขันที่สำคัญยิ่ง ตามมาตรฐานแห่งชาติ GB/T 36276 ซึ่งกำหนดให้การเสื่อมของความจุลงเหลือ 80% เป็นเกณฑ์หลัก ผลิตภัณฑ์ทั่วไปสามารถทำงานได้ 3,000–4,000 รอบ ที่ระดับความลึกของการคายประจุ (DOD) ร้อยละ 80 ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ระดับพรีเมียมสามารถทำได้มากกว่า 6,000 รอบ ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการ สำหรับการใช้งานจริงในสถานการณ์จัดเก็บพลังงานสำหรับครัวเรือน มักใช้ช่วงการชาร์จและคายประจุที่ระดับ SOC ระหว่าง 20% ถึง 80% ซึ่งมีอัตราการเสื่อมของความจุเพียงร้อยละ 2.5 ต่อปี ส่งผลให้อายุการใช้งานอยู่ที่ 12–15 ปี; และในโหมดการชาร์จ-คายประจุแบบตื้น (Shallow charge and discharge) ที่ระดับ 50% จำนวนรอบการทำงานสามารถยืดออกไปได้สูงสุดถึง 8,000 รอบ ซึ่งสอดคล้องอย่างสมบูรณ์แบบกับความต้องการการใช้งานแบบไซเคิลความถี่สูงในระบบจัดเก็บพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์
การพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องกำลังแก้ไขข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพ ผลิตภัณฑ์รุ่นที่สี่ที่มีความหนาแน่นแรงดันสูงได้เข้าสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ในระดับใหญ่ โดยมีความหนาแน่นพลังงานต่อเซลล์อยู่ที่ 190 วัตต์-ชั่วโมง/กก. และความหนาแน่นพลังงานของระบบเกิน 205 วัตต์-ชั่วโมง/กก. ซึ่งใกล้เคียงกับระดับของแบตเตอรี่ไตรนามิก (ternary battery) พร้อมกันนี้ ผ่านการปรับแต่งให้เหมาะสมร่วมกับอิเล็กโทรไลต์ชนิดใหม่และเทคโนโลยีการจัดการความร้อน ทำให้สามารถควบคุมการลดลงของระยะการขับขี่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำถึง -30℃ ให้อยู่ภายใน 20% และเทคโนโลยีการชาร์จเร็วแบบ 4C สามารถชาร์จได้ถึง 80% ภายใน 15 นาที ซึ่งแก้ไขปัญหาหลักแบบดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพในอุณหภูมิต่ำและการชาร์จเร็ว
ข้อได้เปรียบด้านสิ่งแวดล้อมและต้นทุนเด่นชัด แบตเตอรี่ประเภทนี้ไม่มีโลหะหนักหายาก เช่น โคบอลต์ และนิกเกิล ปฏิบัติตามข้อบังคับด้านสิ่งแวดล้อม RoHS และ REACH มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนต่ำตลอดวงจรชีวิต และสามารถถอดแยกชิ้นส่วนเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างปลอดภัยตามมาตรฐาน GB/T 34015-2017 หลังจากหมดอายุการใช้งานแล้ว นอกจากนี้ วัตถุดิบที่ใช้ผลิตมีอยู่อย่างทั่วไป ทำให้ต้นทุนต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไตรเนอรี (ternary lithium batteries) 15%-20% อีกทั้ง ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ยังรองรับการแจ้งเตือนข้อผิดพลาดสามระดับ และตอบสนองโดยตัดวงจรภายในเวลาไม่เกินหนึ่งมิลลิวินาที ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดการออกแบบแบบสำ dựน (redundancy design) สำหรับสถานีพลังงานเก็บสะสมขนาดใหญ่
การใช้งานทั่วไป: ด้วยคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่โดดเด่น ทำให้สามารถใช้งานได้อย่างกว้างขวางในหลากหลายสถานการณ์การใช้งาน ทั้งในภาคยานยนต์พลังงานใหม่ ผลิตภัณฑ์เช่น แบตเตอรี่แบบใบมีด (Blade Battery) ของ BYD ช่วยสนับสนุนการดำเนินงานของยานพาหนะอย่างมั่นคงเป็นระยะทางสูงถึง 600,000 กิโลเมตร ในด้านการจัดเก็บพลังงาน ผลิตภัณฑ์นี้ครองส่วนแบ่งตลาดหลักในโครงการจัดเก็บพลังงานจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม รวมถึงโครงการปรับสมดุลโหลดบนโครงข่ายไฟฟ้า (grid peak shaving) และยังเหมาะสมสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานในบ้านอีกด้วย ส่วนในสถานการณ์เชิงพาณิชย์ เช่น รถโดยสารไฟฟ้า ยานยนต์ไฟฟ้าความเร็วต่ำ และสถานีฐานการสื่อสาร—ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีข้อกำหนดสูงด้านความปลอดภัยและอายุการใช้งานยาวนาน—ล้วนใช้ผลิตภัณฑ์นี้เป็นแหล่งพลังงานหลัก ขนาดตลาดโลกมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR) เกิน 20% และคาดว่าจะสูงกว่า 150,000 ล้านหยวนภายในปี ค.ศ. 2028
กระบวนการเตรียมวัสดุแคโทดแบบหลักนิยม: วัสดุแคโทดเป็นองค์ประกอบหลักที่กำหนดสมรรถนะของแบตเตอรี่ และการเตรียมวัสดุนี้ประกอบด้วยสองขั้นตอนสำคัญ ได้แก่ การเตรียมพรีเคอร์เซอร์ (precursor) และการสังเคราะห์ ซึ่งวิธีการลดเฟสแข็งด้วยคาร์บอนความร้อน (carbothermal reduction solid-phase method) เป็นกระบวนการอุตสาหกรรมแบบหลักนิยม
ขั้นตอนแรกคือการเตรียมพรีเคอร์เซอร์เหล็กฟอสเฟต โดยใช้เฟอรัสซัลเฟตเฮปตาไฮเดรตเป็นแหล่งธาตุเหล็ก และกรดฟอสฟอริกเชิงอุตสาหกรรมเป็นแหล่งธาตุฟอสฟอรัส จากนั้นใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เพื่อออกซิไดซ์ Fe²⁺ ให้กลายเป็น Fe³⁺ แล้วใช้น้ำแอมโมเนียปรับค่า pH ให้อยู่ในช่วง 1.5–2.5 เพื่อตกตะกอนเหล็กฟอสเฟต หลังจากแยกของแข็งด้วยเครื่องกรองแบบแผ่น-กรอบ (plate-and-frame filtration) และล้างด้วยน้ำบริสุทธิ์เพื่อกำจัดสิ่งสกปรก วัสดุจะถูกทำให้แห้งแบบแฟลช (flash-dried) แล้วเผาที่อุณหภูมิ 500–600°C เพื่อให้ได้พรีเคอร์เซอร์เหล็กฟอสเฟตไดไฮเดรตเกรดแบตเตอรี่ ซึ่งมีอัตราส่วนของเหล็กต่อฟอสฟอรัสประมาณ 0.97:1
ขั้นตอนที่สองคือการสังเคราะห์ลิเทียมไอรอนฟอสเฟต โดยผสมเหล็กฟอสเฟตแบบไม่มีน้ำ (anhydrous iron phosphate), ลิเทียมคาร์บอเนต (ในอัตราส่วนโมเลกุลเกินร้อยละ 105) และแหล่งคาร์บอนจากกลูโคส ตามสัดส่วนที่กำหนด จากนั้นนำส่วนผสมไปบดแบบเปียกจนได้เป็นสแลร์รี่ละเอียดที่มีค่า D50 อยู่ระหว่าง 0.2–0.6 ไมโครเมตร หลังจากทำแห้งด้วยวิธีพ่นฝอย (spray drying) วัสดุจะถูกส่งเข้าเตาหมุน (roller kiln) ภายใต้บรรยากาศไนโตรเจน โดยใช้กระบวนการเผาแบบสองขั้นตอน ได้แก่ ขั้นตอนแรกคือการสลายตัวเบื้องต้นของวัตถุดิบที่อุณหภูมิ 350°C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง ตามด้วยขั้นตอนที่สองคือการให้ความร้อนต่อจนถึงอุณหภูมิ 700–800°C เป็นเวลา 9–20 ชั่วโมง เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาการลดด้วยคาร์บอนความร้อน (carbothermal reduction) อย่างสมบูรณ์ แหล่งคาร์บอนทำหน้าที่ลด Fe³⁺ ให้เป็น Fe²⁺ และสร้างชั้นเคลือบคาร์บอนที่มีความสามารถในการนำไฟฟ้าบนผิวของอนุภาค หลังการเผา วัสดุจะผ่านกระบวนการบดด้วยอากาศแรงสูง (air-jet milling) การแยกขนาดด้วยการคัดแยก (classification screening) และการกำจัดเศษเหล็กด้วยแม่เหล็กแรงสูง (strong magnetic iron removal) เพื่อให้ได้วัสดุแคโทดคอมโพสิตสีดำที่มีโครงสร้างผลึกแบบโอลิวีน (olivine crystal structure) และมีความจุจำเพาะอยู่ที่ 155–165 มิลลิแอมแปร์-ชั่วโมงต่อกรัม (mAh/g)
วิธีการในเฟสของเหลวทำหน้าที่เป็นกระบวนการเสริม โดยมีตัวอย่างเช่น วิธีการระเหยด้วยความร้อนตนเองของบริษัท Defang Nano ซึ่งกระบวนการนี้มีความเรียบง่ายกว่า: หลังจากผสมและละลายวัตถุดิบให้กลายเป็นสารแขวนลอย (slurry) แล้ว สารผสมจะถูกทำให้ร้อนล่วงหน้าและระเหยเองภายในถังปฏิกิริยา เพื่อสร้างสารตั้งต้นแบบเจลที่มีโครงสร้างคล้ายรังผึ้ง จากนั้นจึงบดเบื้องต้นและอบแห้งด้วยระบบเตียงลอยตัว (fluidized bed drying) ก่อนนำไปเผา (sintering) วิธีนี้ช่วยตัดขั้นตอนการเตรียมสารตั้งต้นฟอสเฟตของเหล็กออก ทำให้การผสมวัสดุมีความสม่ำเสมอมากขึ้น แต่ต้องควบคุมอุณหภูมิด้วยความแม่นยำสูงกว่า ปัจจุบัน วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตแบตเตอรี่สำหรับเก็บพลังงานระดับพรีเมียมเป็นหลัก ข้อ II. การประกอบเซลล์และการประมวลผลหลังการผลิต: หลังจากเตรียมวัสดุแอโนด (ขั้วบวก) เรียบร้อยแล้ว จะดำเนินการเคลือบ รีด และตัดแยกเพื่อให้ได้แผ่นแอโนด จากนั้นนำแผ่นแอโนดไปจัดเรียงแบบซ้อนหรือม้วนร่วมกับแผ่นแคโทด (ขั้วลบ) ที่ทำจากกราไฟต์และแผ่นแยก (separator) ตามโครงสร้างแบบ 'แอโนด–แผ่นแยก–แคโทด' แล้วใส่ลงในเปลือกอลูมิเนียม (สำหรับแบตเตอรี่ทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า) หรือเปลือกเหล็ก (สำหรับแบตเตอรี่ทรงกระบอก) เพื่อสร้างเซลล์ หลังจากฉีดอิเล็กโทรไลต์ผสมที่มีฐานคาร์บอเนตเข้าไปแล้ว เซลล์จะผ่านกระบวนการ formation เพื่อกระตุ้นการทำงาน โดยใช้การชาร์จแบบกระแสคงที่และแรงดันคงที่ เพื่อสร้างฟิล์มพาสซิเวชัน SEI บนพื้นผิวขั้วไฟฟ้า สุดท้าย ดำเนินการตรวจสอบอายุ (aging) ทดสอบความจุ และคัดแยก เพื่อคัดทิ้งผลิตภัณฑ์ที่มีความจุหรือความต้านทานภายในไม่เป็นไปตามมาตรฐาน จึงมั่นใจได้ว่าเซลล์ทั้งหมดมีความสม่ำเสมอ
