Недоліки літій-залізо-фосфатної батареї
Чи має матеріал потенціал для застосування та розвитку, окрім його переваг, ключовим є те, чи має матеріал фундаментальні дефекти.
В даний час фосфат літію заліза широко вибирається як матеріал катода для літій-іонних акумуляторів у Китаї.Аналітики ринку з урядів, науково-дослідних установ, підприємств і навіть компаній, що займаються цінними паперами, оптимістично дивляться на цей матеріал і вважають його напрямком розвитку літій-іонних акумуляторів.Відповідно до аналізу причин, є в основному наступні два моменти: по-перше, через вплив напряму досліджень і розробок у Сполучених Штатах, компанії Valence та A123 у Сполучених Штатах вперше використали фосфат літію заліза як матеріал катода літій-іонних батарей.По-друге, літій-манганатні матеріали з хорошою високотемпературною циклічністю та характеристиками зберігання, які можна використовувати для живлення літій-іонних батарей, не були підготовлені в Китаї.Однак літій-залізофосфат також має фундаментальні дефекти, які не можна ігнорувати, які можна підсумувати таким чином:
1. У процесі спікання приготування фосфату літію заліза можливо, що оксид заліза може бути відновлений до простого заліза під високотемпературною відновною атмосферою.Залізо, найбільш табуйована речовина в батареях, може спричинити мікрокоротке замикання батареї.Це головна причина, чому Японія не використовувала цей матеріал як матеріал катода літій-іонних акумуляторів силового типу.
2. Літій-залізофосфат має деякі дефекти продуктивності, такі як низька щільність трамбування та щільність ущільнення, що призводить до низької щільності енергії літій-іонного акумулятора.Продуктивність при низьких температурах погана, навіть якщо його нано- та вуглецеве покриття не вирішує цю проблему.Коли д-р Дон Хіллебранд, директор Центру системи зберігання енергії Аргонської національної лабораторії, говорив про низькотемпературні характеристики літій-залізо-фосфатної батареї, він назвав це жахливим.Результати випробувань літій-залізо-фосфатної батареї показали, що літій-залізо-фосфатна батарея не може керувати електромобілем при низькій температурі (нижче 0 ℃).Хоча деякі виробники стверджують, що швидкість збереження ємності літій-залізо-фосфатної батареї хороша при низькій температурі, це відбувається за умови низького струму розряду та низької напруги відключення розряду.У цьому випадку обладнання можна взагалі не запускати.
3. Витрати на підготовку матеріалів і витрати на виготовлення батарей є високими, продуктивність батарей низька, а консистенція погана.Хоча електрохімічні властивості матеріалів були покращені завдяки нанокристалізації та вуглецевому покриттю фосфату літію і заліза, також виникли інші проблеми, такі як зменшення щільності енергії, підвищення вартості синтезу, низька продуктивність обробки електродів та суворе навколишнє середовище вимоги.Хоча хімічні елементи Li, Fe та P у фосфаті літію заліза дуже багаті, а вартість низька, вартість готового продукту фосфату літію заліза не є низькою.Навіть після усунення перших витрат на дослідження та розробку, технологічна вартість цього матеріалу плюс більш висока вартість підготовки акумуляторів зроблять остаточну вартість одиниці зберігання енергії вищою.
4. Погана консистенція продукту.На даний момент жодна фабрика з виробництва літій-залізо-фосфатних матеріалів у Китаї не може вирішити цю проблему.З точки зору підготовки матеріалу, реакція синтезу фосфату літію заліза є складною гетерогенною реакцією, що включає твердий фосфат, оксид заліза та сіль літію, попередник з додаванням вуглецю та відновну газову фазу.У цьому складному процесі реакції важко забезпечити постійність реакції.
5. Питання інтелектуальної власності.В даний час основний патент на фосфат літію і заліза належить Техаському університету в Сполучених Штатах, тоді як заявку на патент з вуглецевим покриттям подають канадці.Ці два основні патенти неможливо обійти.Якщо патентні винагороди включені у вартість, вартість продукту буде ще більше збільшена.
Крім того, виходячи з досвіду досліджень і розробок і виробництва літій-іонних акумуляторів, Японія є першою країною, яка комерціалізувала літій-іонні акумулятори, і завжди займала ринок високоякісних літій-іонних акумуляторів.Хоча Сполучені Штати лідирують у деяких фундаментальних дослідженнях, наразі немає великого виробника літій-іонних акумуляторів.Тому для Японії доцільніше вибрати модифікований марганат літію як матеріал катода літій-іонної батареї силового типу.Навіть у Сполучених Штатах половина виробників використовують літій-залізофосфат і літій-манганат як катодні матеріали для літій-іонних акумуляторів силового типу, і федеральний уряд також підтримує дослідження та розробки цих двох систем.З огляду на вищевказані проблеми, фосфат літію заліза важко широко використовувати як катодний матеріал силових літій-іонних акумуляторів у нових транспортних засобах та інших галузях.Якщо ми зможемо вирішити проблему поганого високотемпературного циклу та продуктивності зберігання манганату літію, це матиме великий потенціал у застосуванні енергетичних літій-іонних батарей із його перевагами низької вартості та високої продуктивності.
Час публікації: 19 жовтня 2022 р