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磷酸铁锂的产业化路线之争

北极星储能网  来源:高工锂电技术与应用  作者:JFD  2017/3/21 9:10:38  我要投稿  

北极星储能网讯:编者按:在笔者看来,磷酸铁锂LFP目前是四个路线并驾齐驱,这只能说明LFP这个材料的生产技术还不成熟。与很多人的观点恰恰相反,笔者认为LFP是目前这几种正极材料里面最难合成并且对生产技术水平要求最高的。技术路线不统一,说明整个产业还处于“从有到优”的竞争阶段,稳定性将是现阶段的重点。

LFP的产业化生产目前主要有四种不同的技术路线,分别是铁红路线(Valance为代表)、草酸铁路线(早期A123为代表)、磷酸铁路线(后期A123、早期Phostech为代表)、水热法(Phostech P2和Hanwa为代表)。对比一下其他的几种正极材料比如LCO、LMO和NCM,成熟的商业化生产路线都仅有一条。

在笔者看来,LFP目前是四个路线并驾齐驱,这只能说明LFP这个材料的生产技术还不成熟。与很多人的观点恰恰相反,笔者认为LFP是目前这几种正极材料里面最难合成并且对生产技术水平要求最高的。技术路线不统一,说明整个产业还处于“从有到优”的竞争阶段,稳定性将是现阶段的重点。

在下一个阶段将是“从优到廉”的发展过程中,毕竟“稳定性加工性+电化学特性”才是符合动力电池产业发展的主流特征。笔者个人认为,最后胜出的合成路线必然是原材料利用率比较优化,工艺的可操作性和稳定性都兼顾,而且材料生产成本和其电化学性能能够得到综合平衡的一条路线。

工艺路线成本的核算需要对原材料、工艺流程、水电气消耗、人力成本、设备折旧以及其它综合成本因素进行数学建模,这必然涉及到很具体技术细节和商业机密,所以笔者这里将只根据计算结果对各种工艺路线做一些宏观上的评论。虽然目前国内大部分LFP厂家都是采用草酸铁路线,但笔者个人认为A123早期的草酸亚铁工艺在技术上实际上是不成熟的,这也是导致其09年之后转为磷酸铁工艺的根本原因。

A123的草铁路线综合成本及其高昂,这与其独特的纳米球磨工艺有较大关系。国内主要是北大先行和天津斯特兰做了较大改进,然后其它厂家跟进模仿。但是草铁工艺路线的设备依存度较高,生产周期比较长,产品的稳定性和加工性能一直都是个问题,而且大部分厂家产品电化学性能也没有能够完全发挥出来。

2009年以后A123将生产路线变更到磷酸铁工艺,这既是工艺技术的提升又是降低成本的重要措施。但磷铁工艺降低成本和稳定产品质量的关键在于厂家能否自己生产出品质优良的磷酸铁前驱体,外购显然是不合适的。这就好比小型的三元材料正极厂家可以选择外购前驱体然后自己烧结生产成品三元材料,但全球最具实力的几家正极大厂无一例外的都是自产前驱体。

如果国内厂家选用合适的铁盐自产磷酸铁并且产量较大的话,LFP的生产成本甚至可以控制到五万元/吨左右的水平。因为有了磷酸铁前驱体这个环节,LFP材料的改性就相对比较容易了,并且磷铁工艺生产的LFP电化学性能比较理想,所以笔者个人看好磷铁路线。当然有读者会问,那么磷铁工艺在国内为什么没有普及开来?事实上,磷铁工艺从美国传回国内已经到了2010年了,草铁和铁红工艺那时候已经在国内占据了市场,使得磷铁工艺几乎没有机会在国内广泛推广开来。

铁红路线是随着美国Valance在国内建厂而推广开来的,笔者并不否认目前铁红工艺(包括V系和复合系)仍然占据国内三分之一以上的市场,这是有其历史原因的,并且该工艺仍然还会存在一段时间。但笔者个人认为,虽然现阶段铁红路线的成本比磷铁路线略微便宜,但由于材料在电化学性能方面的硬伤,铁红工艺最终可能会退出历史舞台。

水热路线最早是德国南方化学发展起来的,这是因为之前南方化学在磷肥生产上已经拥有近30年的高压水热斧使用经验。南方化学收购Phostech以后,在2007年正式推出了P2产品,由于P2优异的电化学性能,Phostech随即中止了其磷铁工艺的发展而专注于水热路线。但是水热路线的综合成本明显比其它几种固相合成路线偏高,比如P2在国内的售价就高达20万/吨。其高成本主要来自高锂盐消耗、连续式水热斧设备以及废水处理等环节,所以笔者个人认为水热法只能是固相法主流路线之外的一种补充。

笔者这里要强调的是,成本的核算不能仅仅只考虑LFP材料自身的生产成本,还要综合考虑在电池生产环节上的附加成本,比如LFP材料涂布的完好率和电芯生产的良品率,而这两个方面在很大程度上又是与材料的生产工艺相关联。如果综合考量整个成本链,磷铁路线无疑具有较大的综合优势。

笔者认为,合成路线的统一是LFP大规模商业化推广的前提条件。以目前的技术状态而言,LFP的生产工艺路线最终成熟并稳定下来至少还得数年的时间。笔者个人认为,磷酸铁路线最终胜出的可能性相对较大,而水热法可能是主流之外的一种补充。

笔者这里要指出的是,国人在十年前选择LFP动力电池路线的时候,由于我国正极材料基础研究和产业化方面的薄弱,因而严重地低估了LFP材料产业化的难度,才造成了目前国内LFP材料和动力电池产业骑虎难下的尴尬局面。

延伸阅读:

储能锂电池正极材料—磷酸铁锂产业化论叙

原标题:磷酸铁锂的产业化路线之争

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