中國粉體網(wǎng)訊 在供需錯(cuò)配大背景下，磷酸鐵鋰行業(yè)正在經(jīng)歷一輪深度調(diào)整。盡管相較于三元，磷酸鐵鋰得以在終端市場保持了較好的増勢，需求也好于預(yù)期，但原材料價(jià)格下跌、加工費(fèi)連連下調(diào)，加之電芯價(jià)格跌至0.3元/Wh區(qū)間，大多數(shù)企業(yè)利潤微薄、入不敷出。磷酸鐵鋰企業(yè)亟需通過產(chǎn)品差異化、產(chǎn)品迭代、提升產(chǎn)品研發(fā)能力等來獲取技術(shù)溢價(jià)。
快充電池要求減少極片厚度以降低內(nèi)阻并提高倍率，而提高磷酸鐵鋰的壓實(shí)密度則能夠有效提升電芯的能量密度。據(jù)了解，今年下游電池廠商對(duì)高壓實(shí)磷酸鐵鋰產(chǎn)品展現(xiàn)出較高的溢價(jià)意愿。結(jié)合市場數(shù)據(jù)來看，壓實(shí)密度達(dá)2.65g/cc的鐵鋰正極材料，可相應(yīng)獲得1-2000元/噸的產(chǎn)品溢價(jià)，為去年以來量產(chǎn)高性能鐵鋰的主力。經(jīng)過多次技術(shù)迭代，業(yè)內(nèi)已能在磷酸鐵鋰材料中實(shí)現(xiàn)壓實(shí)密度的突破。
磷酸鐵鋰壓實(shí)密度
壓實(shí)密度是鋰離子電池制造中的一個(gè)重要參數(shù)，它指的是在一定的壓力下，電池極片單位體積內(nèi)所含材料的質(zhì)量。鋰電池在制作過程中，壓實(shí)密度對(duì)電池性能有較大的影響。一般來說壓實(shí)密度與極片比容量，效率，內(nèi)阻，以及電池循環(huán)性能有密切的關(guān)系。
在體積不變的前提下，要提升電池的能量密度，需要提升LiFePO4正極片的極片壓實(shí)密度�，F(xiàn)有的大部分商業(yè)電芯中的LiFePO4極片的壓實(shí)密度是2.4~2.5g/cm3左右，改進(jìn)目標(biāo)是2.6~2.7g/cm3，從而使電池的能量密度滿足更高的要求。結(jié)合市場需求，各大磷酸鐵鋰材料廠商在不斷優(yōu)化材料的壓實(shí)密度。LiFePO4的理論密度為3.60g/cm3，可見這種材料的粉體壓實(shí)密度還有很大的提升空間。目前常用改進(jìn)方法主要包括以下幾種。
1.優(yōu)選原料和工藝路線
LiFePO4合成的原材料性質(zhì)以及對(duì)應(yīng)的工藝路線對(duì)最終LiFePO4材料的壓實(shí)密度有著較大影響。早期的主流工藝路線是草酸亞鐵路線，由于該工藝路線在燒結(jié)過程中會(huì)產(chǎn)生大量氣體，阻礙小顆粒之間的粘接長大，導(dǎo)致產(chǎn)品基本由細(xì)小顆粒組成，粉體壓實(shí)密度低，近年來逐漸被淘汰。目前，LiFePO4合成的主流工藝路線是磷酸鐵路線。這條工藝路線在燒結(jié)過程中的產(chǎn)氣量遠(yuǎn)小于草酸鐵路線，適合制備高壓實(shí)密度產(chǎn)品。
除了上述兩種工藝路線外，水熱法、離子交換法、溶膠-凝膠法、自蔓延高溫合成法、爆炸合成法等也能制備LiFePO4材料。
2.調(diào)整燒結(jié)制度
在LiFePO4材料的合成過程中對(duì)材料指標(biāo)影響最大的是燒結(jié)過程，改善燒結(jié)過程對(duì)LiFePO4材料的粉體壓實(shí)密度的提升非常顯著。
一般情況下，LiFePO4在450℃附近開始大量生成，在650℃附近具有較好的結(jié)晶度。但目前絕大多數(shù)廠家在實(shí)際生產(chǎn)中的燒結(jié)溫度通常設(shè)置在700~800℃的范圍內(nèi)，目的在于通過提升燒結(jié)溫度實(shí)現(xiàn)粉體壓實(shí)密度的提升。燒結(jié)溫度超過700℃時(shí)，磷酸鐵鋰小顆粒之間會(huì)發(fā)生粘接，在高溫下保溫足夠長的時(shí)間，這些粘接處則會(huì)擴(kuò)大變?yōu)闊Y(jié)頸，其間出現(xiàn)大量的固相擴(kuò)散，使兩個(gè)或更多的小顆粒融合生成一個(gè)大顆粒，提高了整體的粉體壓實(shí)密度。
3.大小顆粒級(jí)配
除了優(yōu)化原料和燒結(jié)制度，大小顆粒級(jí)配也是提高粉體壓實(shí)密度的有效方法，這是因?yàn)樾☆w粒填充在大顆粒的縫隙中可以顯著提升整體的粉末壓實(shí)密度。
4.碳包覆
研究表明碳包覆能增強(qiáng)LiFePO4顆粒之間的導(dǎo)電性，使其電化學(xué)性能有明顯改善。但是過量的碳將嚴(yán)重降低LiFePO4的振實(shí)密度。選擇合適的碳源，改進(jìn)制備工藝，都可以使碳包覆層更加均勻，從而提高材料的振實(shí)密度。
5.金屬離子摻雜
金屬離子摻雜是在LiFePO4中摻雜金屬離子,改變其晶格結(jié)構(gòu),從而提高其自身的導(dǎo)電能力。近年來部分研究表明，摻雜特定種類的金屬離子能提高材料的振實(shí)密度，從而提高LiFePO4的體積比容量。
企業(yè)布局
目前，頭部企業(yè)已經(jīng)研發(fā)到第四代高壓實(shí)磷酸鐵鋰，并進(jìn)入客戶驗(yàn)證階段。
龍?bào)纯萍?/span>
子公司常州鋰源4月發(fā)布了最新研發(fā)的四代高壓實(shí)磷酸鐵鋰S501。通過優(yōu)化元素?fù)诫s、特殊燒結(jié)工藝等創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了材料壓實(shí)和裝電能力的顯著提升。其粉末壓實(shí)密度達(dá)到了2.65g/cm3。這一突破不僅提升了產(chǎn)品的能量密度，更滿足了不同應(yīng)用場景的多元化需求。無論是電動(dòng)車、儲(chǔ)能電站，還是其他新能源應(yīng)用領(lǐng)域，四代高壓實(shí)S501都能提供強(qiáng)大的性能支持，滿足用戶對(duì)于產(chǎn)品高效、穩(wěn)定、安全的需求。
湖南裕能
湖南裕能主要通過前驅(qū)體顆粒狀形貌的控制和級(jí)配理論的應(yīng)用來提高產(chǎn)品壓實(shí)密度，其最高壓實(shí)密度可達(dá)2.65g/cc。同時(shí)，該公司還基于小顆粒設(shè)計(jì)提升產(chǎn)品低溫性能，并通過體相摻雜和碳包覆大大提升了材料的電導(dǎo)率，成功研發(fā)出了適合低溫條件應(yīng)用的磷酸鐵鋰正極產(chǎn)品。
萬潤新能
半年報(bào)顯示，萬潤新能采用“金屬離子體相摻雜”“高分子復(fù)合碳源”和“晶粒尺寸調(diào)控”等核心技術(shù)，研發(fā)出高比容量、高壓實(shí)密度、低金屬顆粒的系列產(chǎn)品；通過控制比表面積和鐵磷比，配合摻雜改性和納米化技術(shù)，開發(fā)出高倍率、長循環(huán)系列產(chǎn)品；采用獨(dú)有的碳包覆層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、多離子協(xié)同摻雜改性、智能噴霧造粒以及可控高溫?zé)Y(jié)等關(guān)鍵核心技術(shù)，開發(fā)出高振實(shí)密度球形磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
目前，公司第四代高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)2.60g/cc的粉末壓實(shí)密度和2.75g/cc的極片壓實(shí)密度，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量出貨，第五代高壓實(shí)磷酸鐵鋰產(chǎn)品正在進(jìn)行客戶驗(yàn)證，擬研發(fā)出壓實(shí)密度更高、循環(huán)性能更好的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
富臨精工
據(jù)半年報(bào)，2024年以來，富臨精工磷酸鐵鋰持續(xù)進(jìn)行技術(shù)和產(chǎn)品的升級(jí)迭代，憑借快充產(chǎn)品性能優(yōu)勢，出貨量迅速提升，第二季度實(shí)現(xiàn)滿產(chǎn)滿銷。同期，富臨精工的鐵鋰年產(chǎn)能已達(dá)14萬噸。公司還計(jì)劃在宜春基地老廠的基礎(chǔ)上，投建年產(chǎn)15萬噸新型高壓實(shí)磷酸鐵鋰及配套主材一體化項(xiàng)目。
瑞翔新材料
9月9日，南通瑞翔新材料有限公司首批量產(chǎn)的新一代超高壓密磷酸鐵鋰順利出貨。此次量產(chǎn)的新一代超高壓密磷酸鐵鋰正極材料，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面采用了特殊元素?fù)诫s、復(fù)合碳源包覆配方技術(shù)、結(jié)合顆粒級(jí)配工藝，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品粉體壓實(shí)和動(dòng)力學(xué)性能的同步提升，為下游電池產(chǎn)品的性能提升與強(qiáng)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
參考來源：
1.李淼等《高能量密度磷酸鐵鋰正極設(shè)計(jì)》
2.高工鋰電《高壓實(shí)鐵鋰打開正極企業(yè)新增量》
3.鋰電正極材料工藝《如何提高磷酸鐵鋰的壓實(shí)密度？》
4.各公司半年報(bào)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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