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2024SMM电池回收与循环产业年会

电池回收与循环利用的国际会议应运而生,旨在促进全球范围内的电池回收与再利用的交流与合作,推动相关技术的创新与发展,共同应对电池反复使用带来的环境问题,为推动清洁能源产业的可持续发展做出贡献。

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2024SMM电池回收与循环产业年会

专家谈:磷酸锰铁锂的技术发展之路与应用【电池回收年会】

来源:SMM

在由上海有色网信息科技股份有限公司(SMM)、山东爱思信息科技有限公司主办的2024SMM电池回收与循环产业年会-锂电回收产业年会上,河北工业大学能源与环保材料研究所所长梁广川介绍了“磷酸锰铁锂的技术发展之路与应用”的话题。他表示,磷酸锰铁锂未来的发展方向包括大型的全极耳圆柱电池体系、高倍率高安全型快充电池、锰酸锂+三元+磷酸锰铁锂复合体系、新型碳源包覆的低内阻电池体系、低成本电池:与铅酸接近的价格、提升恒流比的技术措施、高温性能的提升等多方面发展。

磷酸锰铁锂材料研发与产业化

1997年,Padhi等人发表了“Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries”一文,最先提到磷酸铁锰锂(LiFe1-xMnxPO4)。

磷酸锰铁锂:中值电压可以达到3.7-3.9V;

电池体系的比能量较磷酸铁锂提升15%以上:(3.7-3.2)/3.2=15.6%;

磷酸锰铁锂可以和三元、锰酸锂复合,提升安全性,降低成本。

目前预计的规划产能达到200万吨/年以上

磷酸锰铁锂材料性能改进

磷酸锰铁锂材料存在的问题

1、一次粒径偏小,细粉多:制浆难度大

2、压实密度不足:一般都在2.2~2.3g/cm3

3、电化学极化大:倍率性能不够好

4、电导率不足:一般仅在10-2~10-3S/cm量级

5、恒流比偏低:电池恒压段充电时间过长

6、高温下铁锰溶出:晶体结构和碳包覆

目前磷酸锰铁锂材料的主要性能

电化学性能方面:

1、克容量:扣式电池达到155mAh/g,全电池达到142mAh/g

2、倍率性能:基本可以满足3C放电需求

3、低温性能:较磷酸铁锂有了较大提升,达到-20℃充放电

4、循环性能:达到2000次以上循环寿命

5、恒压时间过长:需要长时间充电

物化性能:

1、粒度:达不到标准高斯分布特征,一般是多峰分布,细粉多

2、电导率:一般在10-3~10-5S/cm量级,较差

3、压实密度:仅能达到2.2~2.3g/cm3

4、加工性能:较差,粘度高,固含量低,易团聚

5、比表面积:较高,一般在15m2/g以上

产业化方面:

1、制造成本:偏高,不能与磷酸铁锂相当

2、规模化不够。

磷酸锰铁锂电池体系的设计思路

1、一般采用复合体系,与三元材料或者锰酸锂进行复合

2、相对平常配方,需要增加导电剂含量

3、需要进行浆料的降低粘度处理

4、电解液要添加抑制溶锰成分

5、相对原来的三元或者锰酸锂配方更严格控制湿度

6、浆料的流速、面密度等控制参数需要适配

磷酸锰铁锂电池应用

2021年后期,磷酸锰铁锂的应用开始加速。

从应用结果来看:

1、大幅度改善了安全性能,特别是针刺、挤压性能

2、有效降低了成本

3、低温性能随着电压体系的提升有了明显改进

4、复合体系的循环性能得了较大提升

5、SOC估算模型需要改进

6、复合体系在降低成本、安全稳定方面具有良好竞争优势

磷酸锰铁锂电池的今后发展方向

应用领域:对价格比较敏感的产品,例如电动两轮车、三轮车、家用储能产品,应急产品,中小型的备用储电。

理由:过针刺,安全,低温好,成本低

电动汽车:需要解决长循环、高温锰溶出、快充等问题

大型储能:需要解决长循环问题:1.5万次以上的循环寿命

终极目标:替代磷酸铁锂,还有很长的路要走。

磷酸锰铁锂材料今后发展方向

1、材料的稳定化生产技术和工艺

2、材料的致密包覆技术:解决锰的溶出和自放电

3、掺杂技术:提高高倍率放电电压平台

4、新一代碳源技术:提升1-2个数量级电导率

5、高压实技术:提升极片压实密度

6、低温性能的改善研究:新型电解液体系

7、高温稳定技术:掺杂与包覆

8、作为添加剂的应用研究

今后发展方向:

1、大型的全极耳圆柱电池体系

2、高倍率高安全型快充电池

3、锰酸锂+三元+磷酸锰铁锂复合体系

4、新型碳源包覆的低内阻电池体系

5、低成本电池:与铅酸接近的价格

6、提升恒流比的技术措施

7、高温性能的提升

低成本电池

材料价格:<4万/T;

电芯价格:<0.4元/Wh;

电池组价格:<0.5元/Wh;

采用磷酸锰铁锂+锰酸锂进行复合提升加工性能;

领域:后铅酸时代电动两轮车、三轮车、小型动力系统。


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陈雪
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