Wady baterii litowo-fosforanowej

May 28, 2019

To, czy materiał ma potencjał do rozwoju aplikacji, oprócz koncentrowania się na jego zaletach, jest bardziej istotne, czy materiał ma podstawowe wady.

Fosforan litu-żelaza jest szeroko stosowany jako materiał elektrod dodatnich do akumulatorów litowo-jonowych w Chinach. Analitycy rynkowi, tacy jak rząd, instytucje badań naukowych, przedsiębiorstwa, a nawet firmy z branży papierów wartościowych, optymistycznie podchodzą do tego materiału jako kierunku rozwoju akumulatorów litowo-jonowych. Analiza przyczyn ma głównie następujące dwa punkty: Po pierwsze, wpływ amerykańskiego kierunku badań i rozwoju, firma Valence i A123 w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy zastosowała fosforan litu-żelaza jako materiał katody dla akumulatorów litowo-jonowych. Po drugie, nie przygotowano materiałów z manganianu litu o dobrych cyklach wysokotemperaturowych i właściwościach przechowywania do stosowania w akumulatorach litowo-jonowych typu energetycznego. Jednakże fosforan litu-żelaza ma również podstawowe wady, których nie można zignorować. To sprowadza się do następujących punktów:

1. Podczas procesu spiekania przy wytwarzaniu fosforanu litu i żelaza, tlenek żelaza może zostać zredukowany do żelaza pierwiastkowego w atmosferze redukującej wysoką temperaturę. Żelazo elementarne może powodować mikrozwarcie baterii, która jest najbardziej tabu w baterii. Jest to również główny powód, dla którego Japonia nie użyła tego materiału jako materiału elektrody dodatniej dla akumulatora litowo-jonowego.

2. Istnieją pewne wady wydajności w fosforanie litu-żelaza, takie jak niska gęstość kranu i gęstość zagęszczania, co powoduje niską gęstość energii akumulatorów litowo-jonowych. Wydajność w niskiej temperaturze jest niska, nawet jeśli jest nano-rozmiarowa i powlekana węglem, nie rozwiązuje tego problemu. Dr Don Hillebrand, dyrektor Centrum Systemów Magazynowania Energii w Argonne National Laboratory, mówił o działaniu niskotemperaturowym baterii litowo-żelazowo-fosforanowych. Okropnie opisał wyniki testu baterii litowo-fosforanowych, wskazując, że bateria z fosforanem litu jest w niskiej temperaturze. (Poniżej 0 ° C) Nie można prowadzić samochodu elektrycznego. Chociaż niektórzy producenci twierdzą, że bateria z fosforanem litowo-żelazowym ma dobry współczynnik retencji w niskich temperaturach, to w przypadku małego prądu rozładowania i niskiego napięcia odcięcia rozładowania. W tej sytuacji urządzenie po prostu nie może zacząć działać.

3. Koszt przygotowania materiału i koszt produkcji akumulatora są wysokie, wydajność akumulatora jest niska, a konsystencja słaba. Nanokrystalizacja i powlekanie węglem fosforanu litu-żelaza, przy jednoczesnej poprawie elektrochemicznej wydajności materiału, również powoduje inne problemy, takie jak zmniejszenie gęstości energii, wzrost kosztów syntezy, słaba wydajność przetwarzania elektrody i problemy wymagające ochrony środowiska. Chociaż pierwiastki chemiczne Li, Fe i P w fosforanie litu-żelaza są obfite, a koszt jest niski, koszt wytworzonego produktu z fosforanu litu-żelaza nie jest niski, nawet jeśli poprzednie koszty badań i rozwoju zostaną usunięte, koszt procesu materiał jest wyższy. Koszt przygotowania baterii spowoduje, że koszt końcowej jednostki zmagazynowanej energii będzie wyższy.

4. Zła konsystencja produktu. Obecnie nie ma krajowej fabryki materiałów z fosforanem litu, która mogłaby rozwiązać ten problem. Z punktu widzenia przygotowania materiału reakcja syntezy fosforanu litu z żelazem jest złożoną reakcją heterogeniczną, która ma fosforan w fazie stałej, tlenek żelaza i sól litu, prekursor węgla i fazę gazową redukującą. W tym złożonym procesie reakcji trudno jest zapewnić spójność reakcji.

5. Kwestie własności intelektualnej. Obecnie podstawowy patent na fosforan litu-żelaza należy do University of Texas, a patent pokryty węglem jest stosowany przez Kanadyjczyków. Te dwa podstawowe patenty nie mogą być omijane. Jeśli koszt patentu zostanie obliczony, koszt produktu będzie dalej zwiększany.

Ponadto, dzięki doświadczeniom z badań i rozwoju oraz produkcji akumulatorów litowo-jonowych, Japonia jest pierwszym skomercjalizowanym krajem akumulatorów litowo-jonowych i zawsze zajmowała rynek wysokiej klasy akumulatorów litowo-jonowych. Chociaż Stany Zjednoczone prowadzą w niektórych podstawowych badaniach, nadal nie ma dużego producenta baterii litowo-jonowych. Dlatego Japonia wybrała zmodyfikowany manganian litu jako materiał elektrody dodatniej dla akumulatorów litowo-jonowych. Nawet w Stanach Zjednoczonych fosforan litu i manganian litu są stosowane jako materiały katodowe dla akumulatorów litowo-jonowych opartych na zasilaniu, a rząd federalny wspiera również rozwój tych dwóch systemów. Biorąc pod uwagę powyższe problemy fosforanu litu z żelazem, trudno jest go szeroko stosować jako materiał elektrody dodatniej do akumulatora litowo-jonowego o dużej mocy w dziedzinach takich jak nowe pojazdy energetyczne. Jeśli może rozwiązać problem cyklu wysokotemperaturowego i słabej wydajności przechowywania manganianu litu, z jego zaletami niskiego kosztu i wysokiej wydajności, będzie miał wielki potencjał w stosowaniu akumulatorów litowo-jonowych mocy.