Các đặc điểm chính: Pin lithium sắt phốt phát (LiFePO₄, LFP), sử dụng lithium sắt phốt phát làm vật liệu hoạt tính ở cực dương, than chì làm cực âm và dung dịch cacbonat hỗn hợp làm chất điện phân, hiện là loại pin chủ đạo trong lĩnh vực truyền động và lưu trữ năng lượng. Những ưu điểm cốt lõi của chúng nằm ở độ an toàn cao, tuổi thọ dài, thân thiện với môi trường và hiệu quả về chi phí. Điện áp làm việc ổn định ở mức 3,2 V, các phản ứng hóa học trong quá trình sạc và xả diễn ra nhẹ nhàng, đồng thời chúng thể hiện độ ổn định nhiệt cực cao. Pin có thể vượt qua các bài kiểm tra an toàn nghiêm ngặt như xuyên kim, nén ép và lưu trữ ở nhiệt độ cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu theo tiêu chuẩn GB 38031-2020. Không có nguy cơ cháy nổ trong vòng 5 phút sau khi xảy ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt (thermal runaway), cho thấy lợi thế đáng kể về mặt an toàn so với pin tam nguyên.
Tuổi thọ chu kỳ là một lợi thế cạnh tranh cốt lõi. Theo tiêu chuẩn quốc gia GB/T 36276, với tiêu chí suy giảm dung lượng xuống còn 80%, các sản phẩm phổ thông đạt 3.000–4.000 chu kỳ ở độ sâu xả điện (DOD) 80%, trong khi các sản phẩm cao cấp có thể vượt quá 6.000 chu kỳ trong điều kiện thử nghiệm phòng thí nghiệm. Trong ứng dụng thực tế, đối với các tình huống lưu trữ năng lượng hộ gia đình, phạm vi sạc – xả được sử dụng là từ 20% đến 80% SOC, với mức suy giảm hàng năm chỉ 2,5%, tương ứng với tuổi thọ kéo dài từ 12 đến 15 năm; ở chế độ sạc – xả nông với DOD 50%, số chu kỳ có thể được mở rộng lên tới 8.000, hoàn toàn phù hợp với yêu cầu chu kỳ cao của hệ thống lưu trữ năng lượng quang điện.
Những tiến bộ công nghệ liên tục đang khắc phục các điểm yếu về hiệu suất. Các sản phẩm thế hệ thứ tư có mật độ điện áp cao đã đạt được sản xuất hàng loạt quy mô lớn, với mật độ năng lượng trên mỗi tế bào đạt 190 Wh/kg và mật độ năng lượng hệ thống vượt quá 205 Wh/kg, tiến gần đến mức của pin tam nguyên. Đồng thời, thông qua tối ưu hóa cùng các chất điện phân mới và công nghệ quản lý nhiệt, mức suy giảm phạm vi hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp -30℃ được kiểm soát ở mức dưới 20%, và công nghệ sạc siêu nhanh 4C có thể sạc đạt 80% chỉ trong 15 phút, từ đó giải quyết các vấn đề nan giải truyền thống liên quan đến hiệu suất ở nhiệt độ thấp và khả năng sạc nhanh.
Ưu thế về môi trường và chi phí rất nổi bật. Chúng không chứa các kim loại nặng khan hiếm như coban và niken, tuân thủ các quy định môi trường RoHS và REACH, phát thải carbon thấp trong suốt vòng đời, và có thể được tháo dỡ cũng như tái chế một cách an toàn theo tiêu chuẩn GB/T 34015-2017 sau khi ngừng hoạt động. Do nguyên liệu đầu vào dễ tiếp cận, chi phí sản xuất thấp hơn 15–20% so với pin lithium tam nguyên. Hơn nữa, hệ thống quản lý pin (BMS) hỗ trợ cảnh báo sự cố ba cấp độ và phản ứng ngắt mạch ở cấp độ miligiây, đáp ứng yêu cầu thiết kế dự phòng cho các trạm lưu trữ năng lượng quy mô lớn.
Ứng dụng điển hình: Nhờ các đặc tính hiệu suất của mình, sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều tình huống khác nhau. Trong lĩnh vực phương tiện năng lượng mới, các sản phẩm như Pin lưỡi dao (Blade Battery) của BYD hỗ trợ hoạt động ổn định của xe trong quãng đường lên tới 600.000 km; trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, sản phẩm chiếm ưu thế trong các dự án lưu trữ năng lượng điện mặt trời/năng lượng gió và điều tiết tải đỉnh lưới điện, đồng thời cũng phù hợp với các hệ thống lưu trữ năng lượng gia đình; trong các tình huống thương mại, xe buýt điện, phương tiện điện tốc độ thấp và trạm gốc viễn thông—những thiết bị có yêu cầu cao về độ an toàn và tuổi thọ dài—đều sử dụng sản phẩm này làm nguồn cung cấp năng lượng chính. Quy mô thị trường toàn cầu duy trì tốc độ tăng trưởng kép hàng năm trên 20% và dự kiến sẽ vượt quá 150 tỷ Nhân dân tệ vào năm 2028.
Quy trình chuẩn bị vật liệu catot phổ biến: Vật liệu catot là thành phần cốt lõi quyết định hiệu năng của pin, và việc chuẩn bị nó bao gồm hai bước chính: chuẩn bị tiền chất và tổng hợp. Phương pháp pha rắn khử bằng nhiệt với than là quy trình công nghiệp phổ biến.
Bước đầu tiên là chuẩn bị tiền chất sắt photphat. Sử dụng sắt (II) sunfat ngậm 7 phân tử nước làm nguồn cung cấp sắt và axit photphoric công nghiệp làm nguồn cung cấp photpho; Fe²⁺ được oxi hóa thành Fe³⁺ bằng peroxit hiđro. Dung dịch amoniac được dùng để điều chỉnh độ pH về khoảng 1,5–2,5 nhằm kết tủa sắt photphat. Sau khi lọc bằng máy ép bản-khung và rửa bằng nước tinh khiết để loại bỏ tạp chất, vật liệu được sấy nhanh và nung ở nhiệt độ 500–600°C để thu được tiền chất sắt photphat ngậm 2 phân tử nước đạt tiêu chuẩn pin, với tỷ lệ sắt trên photpho khoảng 0,97:1.
Bước thứ hai là tổng hợp lithium iron phosphate. Sắt phốt phát khan, lithium carbonat (ở tỷ lệ hóa trị 105%), và nguồn cacbon từ glucose được trộn theo tỷ lệ nhất định. Hỗn hợp sau đó được nghiền ướt thành dạng hồ lỏng mịn có kích thước D50 từ 0,2–0,6 μm. Sau khi sấy phun, vật liệu được đưa vào lò nung kiểu con lăn trong môi trường khí nitơ, sử dụng quy trình nung hai giai đoạn: giai đoạn tiền phân hủy nguyên liệu ở 350°C trong 4 giờ, tiếp theo là gia nhiệt lên 700–800°C trong 9–20 giờ để hoàn tất quá trình khử cacbon nhiệt. Nguồn cacbon này khử Fe³⁺ thành Fe²⁺ và hình thành một lớp phủ cacbon dẫn điện trên bề mặt hạt. Sau khi nung, vật liệu trải qua quá trình nghiền bằng khí nén, sàng phân loại và loại bỏ sắt bằng nam châm mạnh nhằm cuối cùng thu được vật liệu catot dạng hỗn hợp màu đen có cấu trúc tinh thể olivin và dung lượng riêng từ 155–165 mAh/g.
Phương pháp pha lỏng đóng vai trò là một quy trình bổ sung, tiêu biểu là phương pháp bốc hơi tự làm nóng của Defang Nano. Quy trình này đơn giản hơn: sau khi trộn và hòa tan các nguyên liệu đầu vào thành dạng hồ nhão, hỗn hợp được gia nhiệt sơ bộ và bốc hơi tự phát trong bể phản ứng để tạo thành tiền chất gel có cấu trúc tổ ong. Sau khi nghiền sơ bộ và sấy khô bằng buồng sấy tầng sôi, vật liệu được nung kết. Phương pháp này loại bỏ nhu cầu chuẩn bị riêng tiền chất sắt photphat, từ đó giúp trộn vật liệu đồng đều hơn, tuy nhiên đòi hỏi độ chính xác cao hơn trong kiểm soát nhiệt độ. Hiện nay, phương pháp này chủ yếu được áp dụng trong sản xuất pin lưu trữ năng lượng cao cấp. II. Lắp ráp tế bào và xử lý hậu kỳ: Sau khi vật liệu điện cực dương được chế tạo xong, nó sẽ trải qua các công đoạn phủ, cán và cắt để tạo thành tấm điện cực dương. Tấm này sau đó được xếp lớp hoặc cuộn cùng với tấm điện cực âm bằng than chì và màng ngăn theo cấu trúc "dương–ngăn–âm", rồi đặt vào vỏ nhôm (đối với pin hình hộp) hoặc vỏ thép (đối với pin hình trụ) để tạo thành tế bào. Sau khi tiêm điện giải hỗn hợp dựa trên carbonate vào tế bào, quá trình tạo màng (formation) được thực hiện nhằm kích hoạt tế bào. Việc sạc ở dòng không đổi và điện áp không đổi được sử dụng để hình thành màng thụ động SEI trên bề mặt điện cực. Cuối cùng, tiến hành các bước già hóa, kiểm tra dung lượng và phân loại nhằm loại bỏ những sản phẩm có dung lượng hoặc điện trở trong không đạt yêu cầu, đảm bảo tính nhất quán giữa các tế bào.
