SMM 7月15日讯：在上海有色网（SMM）和上海期货交易所共同举办的2022第七届中国国际新能源大会--中国国际新能源电池高峰论坛上，河北工业大学教授梁广川针对磷酸铁及铁锂工艺路线发展与未来供需进行了解析。他分别从磷酸铁锂电池比能量极限、磷酸铁工艺路线的优劣势、磷酸铁锂技术发展方向以及磷酸铁锂未来供需分析等四个方面展开论述。
磷酸铁锂比能量极限
磷酸铁锂的优势
环保：不含重金属元素
安全：是目前最安全的锂离子电池体系
长寿命：循环寿命可以到1万次
低价格：目前是综合成本最低的锂电池体系
资源丰富：可以大规模工业化应用
未来，磷酸铁锂将继续改进容量、压实密度、电子导电率、离子导电率。预计在未来十年里，磷酸铁锂将依旧是主流。
磷酸铁锂电池最大可以做到多高的比能量？
根据常规电池的方式来算，电芯最大比能量：186wh/kg ~ 198wh/kg。
改进电池的话，电芯最大比能量将达213wh/kg。提高重量比能量，基本已经到了极限。
提高磷酸铁锂电池比能量的技术路线
补锂技术：负极补锂，正极补锂，电解液补锂，外电极补锂
减低箔材厚度：铜箔从8um降低到6um，继续到4um，铝箔降低到8-10um
硅碳负极：负极容量从340-350mAh/g提高到450-500mAh/g
薄隔膜技术：继续降低隔膜厚度
高浓度电解液体系：提高电解液中锂盐含量
磷酸铁工艺路线的优劣势
磷酸铁锂制备工艺如下：
优点：1、一次烧结；2、水系研磨；3、无污染气体排放；4、出气量少；5、使用大宗工业原料；6、工艺成熟；7、压实密度高；8、良好加工性能；9、可以方便控制材料性能。
缺点：1、压实不高；2、低温性差；3、倍率性能差；4、对锂要求高；5、研磨喷雾耗能高；6、设备成本高，投入大；7、二次颗粒控制难度大；8、各个工艺和厂家品质差异大。
未来预期判断：1、磷酸铁成为大宗工业原料，标准趋近统一；2、铵法-钠法同时存在；3、适用于各种场景的磷酸铁开发-技术方向；4、磷酸铁与磷酸铁锂，1:1的产能关系；5、按50万吨级进行成本核算。
磷酸铁锂技术发展方向
磷酸铁锂技术方向
1、更高的容量：扣电容量，全电池容量 → 接近170mAh/g；
Duan等人制备纳米级纳米磷酸铁锂。当粒子直径在83，42nm时，对应的磷酸铁锂由于表面C-O-Fe化合键的作用，克容量可以分别提升到186和207mAh/g。
2、更高首次效率：充分利用锂离子（补锂剂）；
闫勇等发明了一种复合补锂剂，利用其在磷酸铁锂电池中使用，可以有效补偿因负极SEI膜消耗引起的锂离子损失，将磷酸铁锂的放电比容量从140提升到155mAh/g（CN 111653758 A），该过程主要是采用补锂技术。
3、更高的压实密度：2.4 → 2.8g/cm3？
张淑萍等 利用塑型剂制备磷酸铁锂，可以制成压实密度比常规材料高0.1-0.4g/cm3的正极材料。最高可以达到2.65g/cm3；有学者通过引入表面活性剂制备磷酸铁锂，可以制成压实密度达到2.65g/cm3的正极材料。甚至有厂家制成了压实密度达到2.8g/cm3的磷酸铁锂。
4、更好的低温性能：-60℃？
利用特殊结构磷酸铁锂材料和低温型电解液，制成的圆柱形26650锂离子电池，可以在-50℃放电，并可以在-40℃实现5C放电。证明磷酸铁锂可以实现良好的低温性能！
5、更好的加工性能：固含量提升，水系加工？
目标：制浆固含量提升到60%以上
手段：致密包覆，比表面积降低到10m2/g以下，粒度D50控制在2-3 um
技术路线：寻找新的包覆剂，改用新型包覆系统，控制材料形貌和表面状态（复合包覆、致密包覆、二次包覆、单晶化）
优势：可以大幅度降低成本
6、更低的自放电率：不放电？
目标：常温自放电率低于1%，高温自放电率小于3%
手段：稳定晶格结构，表层的铁离子强络合技术，致密层包覆
技术路线：寻找新的掺杂稳定技术，控制铁离子的溶出，调控材料表面状态
优势：可以大幅度降低成本
7、更好的倍率性能：电导率？调制结构？
张世庆等提出了一种制备高倍率磷酸铁锂材料的方法。该技术用研磨时产生的热量进行结晶析出，进行物料的充分混合，使得所制备出的产品具有更为圆润的形貌和更优良的碳包覆层，5C放电容量达到132mAh/g。
8、新的包覆体系：除了碳还有什么？
陈伟民等使用聚苯胺（PANI）包覆LiFePO4制备复合材料，0.2C倍率放电160.7mAh/g，5C倍率放电114.2mAh/g。
9、更低的价格：原料？合成工艺？应用工艺？
专利CN113540410A提出一种高温固相热冲击方法合成磷酸铁锂正极材料方法，将传统的烧结时间10小时缩短到20s左右。
10、改性磷酸铁锂：提升电压，包括磷酸锰铁锂，磷酸钒锂
磷酸铁锂未来供需分析
2020年，全球锂离子电池出货量达到294.5GWh，其中中国158.5GWh。
2021年中国锂离子电池产量324GWh，同比增长106%。其中消费、动力、储能型锂电产量分别为72GWh、220GWh、32GWh，分别同比增长18%、165%、146%。
锂电四大关键材料产量增长迅猛，正极材料、隔膜、电解液增幅接近100%。锂电全行业总产值突破6000亿元。
粗略估计对电池的需求
预计未来储能电站对磷酸铁锂电池的需求将达到165000 Gwh；电动汽车对磷酸铁锂电池的需求将达到500Gwh，电动自行车对磷酸铁锂电池的需求将达到300Gwh；通讯基站对磷酸铁锂电池的需求将达到155 Gwh；启动电池对磷酸铁锂电池的需求将达到150 Gwh，电动船舶对磷酸铁锂电池需求量将达到120 Gwh。
总结：
1、磷酸铁锂已经确定是未来发展的主流正极材料；
2、从技术的角度看，磷酸铁锂还有大幅度改善的空间；
3、研发和产业化应用结合，是今后技术方向的主流；
4、避免同质化竞争，是行业内马上就要面对的问题。
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