Недостатки литий-железо-фосфатных аккумуляторов
Независимо от того, имеет ли материал потенциал для применения и развития, в дополнение к его преимуществам, ключевым моментом является наличие у материала фундаментальных недостатков.
В настоящее время фосфат лития-железа широко используется в качестве катодного материала для мощных литий-ионных аккумуляторов в Китае.Аналитики рынка из правительств, научно-исследовательских институтов, предприятий и даже компаний, занимающихся ценными бумагами, оптимистично относятся к этому материалу и рассматривают его как направление развития мощных литий-ионных аккумуляторов.Согласно анализу причин, в основном есть следующие два момента: во-первых, из-за влияния направления исследований и разработок в Соединенных Штатах, компании Valence и A123 в Соединенных Штатах впервые использовали фосфат лития-железа в качестве катодного материала. ионно-литиевых аккумуляторов.Во-вторых, материалы из манганата лития с хорошими характеристиками циклирования при высоких температурах и хранения, которые можно использовать для питания литий-ионных аккумуляторов, не были подготовлены в Китае.Однако фосфат лития-железа также имеет фундаментальные недостатки, которые нельзя игнорировать и которые можно резюмировать следующим образом:
1. В процессе спекания фосфата лития-железа возможно восстановление оксида железа до простого железа в высокотемпературной восстановительной атмосфере.Железо, самое табуированное вещество в батареях, может вызвать микрокороткое замыкание батарей.Это основная причина, по которой Япония не использовала этот материал в качестве катодного материала литий-ионных аккумуляторов мощного типа.
2. Фосфат лития-железа имеет некоторые дефекты производительности, такие как низкая плотность трамбовки и плотность уплотнения, что приводит к низкой плотности энергии литий-ионного аккумулятора.Низкотемпературные характеристики плохие, даже если его нано- и углеродное покрытие не решает эту проблему.Когда д-р Дон Хиллебранд, директор Центра систем накопления энергии Аргоннской национальной лаборатории, говорил о низкотемпературных характеристиках литий-железо-фосфатных батарей, он назвал их ужасными.Результаты испытаний литий-железо-фосфатной батареи показали, что литий-железо-фосфатная батарея не может управлять электромобилями при низкой температуре (ниже 0 ℃).Хотя некоторые производители заявляют, что скорость сохранения емкости литий-железо-фосфатной батареи хорошая при низкой температуре, это происходит при условии низкого тока разряда и низкого напряжения отсечки разряда.В этом случае оборудование можно вообще не запускать.
3. Стоимость подготовки материалов и стоимость производства батарей высоки, выход батарей низок, а консистенция плохая.Хотя электрохимические свойства материалов были улучшены за счет нанокристаллизации и углеродного покрытия фосфата лития-железа, также возникли другие проблемы, такие как снижение плотности энергии, повышение стоимости синтеза, плохая производительность обработки электродов и суровые условия окружающей среды. требования.Хотя химические элементы Li, Fe и P в фосфате лития-железа очень богаты, а стоимость низкая, стоимость полученного продукта фосфата лития-железа не является низкой.Даже после исключения первоначальных затрат на исследования и разработки стоимость обработки этого материала плюс более высокая стоимость подготовки батарей сделают конечную стоимость единицы хранения энергии более высокой.
4. Плохая консистенция продукта.В настоящее время ни один завод по производству литий-железо-фосфатных материалов в Китае не может решить эту проблему.С точки зрения подготовки материала, реакция синтеза фосфата лития-железа представляет собой сложную гетерогенную реакцию, включающую твердый фосфат, оксид железа и соль лития, прекурсор с добавлением углерода и восстановительную газовую фазу.В этом сложном реакционном процессе трудно обеспечить стабильность реакции.
5. Вопросы интеллектуальной собственности.В настоящее время основной патент на фосфат лития-железа принадлежит Техасскому университету в США, а патент на углеродное покрытие подается канадцами.Эти два основных патента нельзя обойти.Если патентные отчисления включены в стоимость, стоимость продукта будет дополнительно увеличена.
Кроме того, благодаря опыту исследований и разработок и производства литий-ионных аккумуляторов Япония стала первой страной, начавшей коммерциализировать литий-ионные аккумуляторы, и всегда занимала рынок литий-ионных аккумуляторов высокого класса.Хотя Соединенные Штаты лидируют в некоторых фундаментальных исследованиях, пока нет крупного производителя литий-ионных аккумуляторов.Поэтому для Японии более разумно выбрать модифицированный манганат лития в качестве катодного материала литий-ионной батареи силового типа.Даже в Соединенных Штатах половина производителей использует фосфат лития-железа и манганат лития в качестве катодных материалов литий-ионных аккумуляторов силового типа, и федеральное правительство также поддерживает исследования и разработки этих двух систем.Ввиду вышеуказанных проблем трудно широко использовать фосфат лития-железа в качестве катодного материала для мощных литий-ионных аккумуляторов в транспортных средствах с новой энергией и в других областях.Если мы сможем решить проблему плохих характеристик манганата лития при циклировании при высоких температурах и хранении, у него будет большой потенциал в применении мощных литий-ионных аккумуляторов с его преимуществами низкой стоимости и высокой производительности.
Время публикации: 19 октября 2022 г.