Nhược điểm của pin lithium iron phosphate
May 28, 2019
Liti sắt phosphate được sử dụng rộng rãi như một vật liệu điện cực dương cho pin lithium-ion năng lượng ở Trung Quốc. Các nhà phân tích thị trường như chính phủ, các tổ chức nghiên cứu khoa học, doanh nghiệp và thậm chí các công ty chứng khoán rất lạc quan về vật liệu này là hướng phát triển của pin lithium-ion. Phân tích các lý do, chủ yếu có hai điểm sau: Thứ nhất, tác động của hướng nghiên cứu và phát triển của Hoa Kỳ, công ty Valence và A123 của Hoa Kỳ lần đầu tiên sử dụng lithium iron phosphate làm vật liệu catốt cho pin lithium-ion. Thứ hai, không có sự chuẩn bị vật liệu lithium manganate với chu kỳ nhiệt độ cao và tính chất lưu trữ tốt để sử dụng cho pin lithium-ion loại năng lượng. Tuy nhiên, lithium sắt phosphate cũng có những khiếm khuyết cơ bản không thể bỏ qua. Nó đi xuống các điểm sau:
1. Trong quá trình thiêu kết trong quá trình điều chế lithium sắt phosphate, oxit sắt có khả năng bị khử thành sắt nguyên tố trong môi trường giảm nhiệt độ cao. Sắt nguyên tố có thể gây ra vi mạch ngắn của pin, đây là chất cấm kị nhất trong pin. Đây cũng là lý do chính tại sao Nhật Bản đã không sử dụng vật liệu này làm vật liệu điện cực dương cho pin lithium-ion.
2. Có một số khiếm khuyết về hiệu suất của lithium sắt phosphate, như mật độ vòi thấp và mật độ nén, dẫn đến mật độ năng lượng thấp của pin lithium ion. Hiệu suất nhiệt độ thấp là kém, ngay cả khi nó có kích thước nano và được phủ carbon, nó không giải quyết được vấn đề này. Tiến sĩ Don Hillebrand, giám đốc Trung tâm Hệ thống lưu trữ năng lượng tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, đã nói về hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium sắt phosphate. Ông đã sử dụng khủng khiếp để mô tả kết quả kiểm tra pin lithium iron phosphate của họ chỉ ra rằng pin lithium iron phosphate ở nhiệt độ thấp. (Dưới 0 ° C) Không thể lái xe điện. Mặc dù một số nhà sản xuất tuyên bố rằng pin lithium iron phosphate có tốc độ duy trì công suất tốt ở nhiệt độ thấp, nhưng đó là trong trường hợp dòng điện phóng nhỏ và điện áp cắt thấp. Trong tình huống này, thiết bị chỉ đơn giản là không thể bắt đầu làm việc.
3. Chi phí chuẩn bị của vật liệu và chi phí sản xuất pin cao, năng suất pin thấp và tính nhất quán kém. Sự kết tinh nano và lớp phủ carbon của lithium sắt phosphate, đồng thời cải thiện hiệu suất điện hóa của vật liệu, cũng mang đến những vấn đề khác như giảm mật độ năng lượng, tăng chi phí tổng hợp, hiệu suất xử lý điện cực kém và các vấn đề đòi hỏi môi trường. Mặc dù các nguyên tố hóa học Li, Fe và P trong lithium iron phosphate rất phong phú và chi phí thấp, chi phí của sản phẩm lithium iron phosphate đã chuẩn bị không thấp, ngay cả khi chi phí nghiên cứu và phát triển trước đó được loại bỏ, chi phí xử lý vật liệu cao hơn. Chi phí chuẩn bị pin sẽ làm cho chi phí của đơn vị năng lượng lưu trữ cuối cùng cao hơn.
4. Tính nhất quán sản phẩm kém. Hiện tại, không có nhà máy sản xuất vật liệu phosphate sắt lithium trong nước có thể giải quyết vấn đề này. Từ quan điểm chuẩn bị vật liệu, phản ứng tổng hợp của lithium sắt phosphate là một phản ứng không đồng nhất phức tạp, có photphat pha rắn, oxit sắt và muối lithium, tiền chất carbon và pha khí khử. Trong quá trình phản ứng phức tạp này, rất khó để đảm bảo tính nhất quán của phản ứng.
5. Vấn đề sở hữu trí tuệ. Hiện tại, bằng sáng chế cơ bản cho lithium iron phosphate thuộc sở hữu của Đại học Texas, và bằng sáng chế được phủ carbon được áp dụng bởi người Canada. Hai bằng sáng chế cơ bản không thể bị phá vỡ. Nếu chi phí của bằng sáng chế được tính toán, chi phí của sản phẩm sẽ được tăng thêm.
Ngoài ra, từ kinh nghiệm nghiên cứu và phát triển và sản xuất pin lithium-ion, Nhật Bản là quốc gia thương mại hóa pin lithium-ion đầu tiên và luôn chiếm lĩnh thị trường pin lithium-ion cao cấp. Mặc dù Hoa Kỳ đang dẫn đầu trong một số nghiên cứu cơ bản, nhưng vẫn không có nhà sản xuất pin lithium-ion quy mô lớn. Do đó, Nhật Bản đã chọn lithium manganate biến đổi làm vật liệu điện cực dương cho pin lithium-ion năng lượng. Ngay cả ở Hoa Kỳ, lithium sắt phosphate và lithium manganate được sử dụng làm vật liệu catốt cho pin lithium-ion dựa trên năng lượng và chính phủ liên bang cũng hỗ trợ phát triển hai hệ thống này. Trước những vấn đề trên của lithium iron phosphate, khó có thể được sử dụng rộng rãi như một vật liệu điện cực dương cho pin lithium ion năng lượng trong các lĩnh vực như phương tiện năng lượng mới. Nếu nó có thể giải quyết vấn đề về chu kỳ nhiệt độ cao và hiệu suất lưu trữ kém của manganate, với lợi thế về chi phí thấp và hiệu suất cao, nó sẽ có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng pin lithium-ion.