【CPSF】中南大学胡国荣教授:锂离子电池磷酸铁锂正极材料的产业现状与发展趋势

2021-09-28 17:51:58 起点锂电

2021年9月27-28日,由起点共享换电、起点锂电大数据、起点储能网、中国新能源企业家俱乐部、深圳市电动自行车产业促进会、ELEXCON深圳国际电子展主办的CPSF2021中国国际共享充换电技术展暨论坛(同期:2021中国动力锂电池及储能技术创新大会)在深圳国际会展中心宝安新馆5号馆隆重举行。

在第二天上午举办的动力电池技术创新论坛上,中南大学胡国荣教授发表了《锂离子电池磷酸铁锂正极材料的产业现状与发展趋势》的演讲。

图:中南大学胡国荣教授

以下为根据现场速记整理的讲话实录:

各位嘉宾,上午好!

我的报告是磷酸铁锂正极材料的产业现状与发展趋势。

(PPT图示)这是整个正极材料市场应用情况,包括主流的正极材料所占的市场份额。

磷酸铁锂的应用市场主要是两个方面,一是电动汽车,从今年5月份开始,电动汽车的磷酸铁锂装机量已经超越了三元,从比亚迪内部,电池电芯80%以上,接近90%都是磷酸铁锂电池;宁德时代跟特斯拉合作,也开始用磷酸铁锂电池。二是储能市场。

这是今年5G磷酸铁锂的规模可能达到35万吨。

储能方面,磷酸铁锂的优势,一是安全性,二是成本,比如说5G的基站应用也是很多。

下面是介绍磷酸铁锂的发展过程和产业现状。

磷酸铁锂材料,是1997年美国一位教授发明这个材料至今,也就是30多年。早期美国的两家公司和加拿大一家公司先发展,我本人是2003年开始做磷酸铁锂,到了2005、2006年比亚迪第一批磷酸铁锂的样品是我提供的。后来,中国把这个材料发扬光大,比亚迪从2011年开始推出电动车,2014年以后,相继推出了王朝系列的产品,宁德时代也是。

磷酸铁锂材料本身有很多的缺陷,通过我们的改进,快充等问题得到了很好的解决。

安全性的角度,为什么比亚迪坚守磷酸铁锂?我认为主要是两个方面,其中一方面就是安全问题。

磷酸铁锂现有的生产工艺,它有3个技术路线:一是草酸亚铁,这个路线反应过程中产生大量的二氧化碳气体,碳的带模大,碳含量易波动,产品一致性差,且产品振实密度低等,并且有氧气放出,污染环境;

二是氧化铁红路线,这个路线的成本较低,合成的磷酸铁锂密度较大,但容量偏低,并且有氧气放出,污染环境;

三是磷酸铁路线,没有氧气产生,生产过程环保,烧失量小,产量大,产品性能优,已成为国内主流生产工艺路线。

除了磷酸铁锂,还有原料。磷酸铁现在也是供不应求,买不到,磷酸铁锂原料现在涨价涨得很厉害,主要是因为黄磷的涨价,由几千块钱涨到几万,翻了4倍的价钱。

磷酸铁锂前驱合成工艺,主要是硫酸亚铁法,而磷酸亚铁法有一步法和两步法。一步法即在同一个反应中进行磷酸铁的沉淀和品型转化,即先生成换色的磷酸铁沉淀,然后在90摄氏度以上高温再转化为粉白色的磷酸铁。两步法主要是第一个反应中生成的黄色磷酸铁沉淀过滤后转移至另外一个反应中,加一定的浓度的稀磷酸,然后在90摄氏度以上高温再转化为粉白色的磷酸铁。两步法生成的磷酸铁杂质含量低,特别是硫含量可以降低至几十ppm。

如果是铁粉—磷酸法,它的优点是没有废水产生、工艺环保、没有环保费用。缺点就是需要铁粉或废铁为原料,相对钛白粉副产硫酸亚铁,铁的成本较高。同时生产过程中有氢气产生,安全性较差。以及H3PO4无限次循环使用会造成积累的杂质元素偏高,造成产品质量变差。

从2019年,特别是去年开始,铁锂又火起来了,它因为有成本的优势和安全性的优势,特别是电池设计系统的改进,由搭配电池,铁锂的续航里程也达到600公里,比亚迪最近推出了1千公里,这未来也不是问题。

未来磷酸铁锂竞争格局,因为磷酸铁锂要在行业里有竞争优势,铁锂因为碳酸锂涨价,如果回归到正常的五六万,或者是8万以下的水平,铁锂有竞争力,磷方面的资源也很重要。如果自己有磷资源和铁资源,那你是有优势的。

未来,磷酸铁锂这块要有竞争的话,生产要素的优势占非常重要的地位,如果有生产要素的优势,比如说有磷和铁的资源,甚至未来有电的资源,最近很多地方限电,我也去内蒙考察过,内蒙对新能源是不限电的,这也有很大的优势。

磷酸铁锂未来的梯次利用和回收的问题,磷酸铁锂的循环寿命很好,电动车用完以后,电池的电还有80%以上的电,我们还可以做梯次利用,这也是一方面。比如两轮车就可以利用梯次利用来做,储能是不是也可以这样做?当然最终是要回收,我认为回收的价格不高,因为铁的价值不高,磷的价值也不高,所以磷酸铁锂的回收,我们要有比较好的回收方法,比如说磷酸铁锂的修复。

磷酸铁锂未来的发展趋势,我们一方面要开发高压实密度、快充、高能量密度的,另一方面要开发低温性的磷酸铁锂,因为铁锂在零下20度放电放不出来,或者是放电只有50%—60%,还有开发低成本的铁锂。

技术路线方面,我再简单讲一下,我们现在主要的路线有铁锂、三元、锰酸锂,中国把铁锂的路线做得比较好,特别是宁德时代和比亚迪,它的续航里程也没有想象得那么差,这样的话,续航就没有问题,铁锂的产量、装机量超越了三元。三元也有它的优点,安全问题能够解决的话,三元的续航里程比铁锂高,甚至未来可以提出1200、1500公里的三元电动车也不是不可能,对于磷酸铁锂来讲,资源是不受限。

正极材料是我们的核心,系统的集成做了改进以后,铁锂的续航里程不受限制,铁锂未来是动力电池主流的路线,铁锂也是储能主流的路线,三元未来会受到磷酸铁锂的挑战。

我今天的报告就到这里,谢谢大家!

研究报告:| || | | | | | | | | | |

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