中國粉體網(wǎng)訊 在供需錯配大背景下，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，需求也好于預期，但原材料價格下跌、加工費連連下調(diào)，加之電芯價格跌至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)能力等來獲取技術溢價。
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高壓實磷酸鐵鋰產(chǎn)品展現(xiàn)出較高的溢價意愿。結(jié)合市場數(shù)據(jù)來看，壓實密度達2.65g/cc的鐵鋰正極材料，可相應獲得1-2000元/噸的產(chǎn)品溢價，為去年以來量產(chǎn)高性能鐵鋰的主力。經(jīng)過多次技術迭代，業(yè)內(nèi)已能在磷酸鐵鋰材料中實現(xiàn)壓實密度的突破。
磷酸鐵鋰壓實密度
壓實密度是鋰離子電池制造中的一個重要參數(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，壓實密度對電池性能有較大的影響。一般來說壓實密度與極片比容量，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正極片的極片壓實密度。現(xiàn)有的大部分商業(yè)電芯中的LiFePO4極片的壓實密度是2.4~2.5g/cm3左右，改進目標是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)化材料的壓實密度。LiFePO4的理論密度為3.60g/cm3，可見這種材料的粉體壓實密度還有很大的提升空間。目前常用改進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)以及對應的工藝路線對最終LiFePO4材料的壓實密度有著較大影響。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)過程中會產(chǎn)生大量氣體，阻礙小顆粒之間的粘接長大，導致產(chǎn)品基本由細小顆粒組成，粉體壓實密度低，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)氣量遠小于草酸鐵路線，適合制備高壓實密度產(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材料指標影響最大的是燒結(jié)過程，改善燒結(jié)過程對LiFePO4材料的粉體壓實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)廠家在實際生產(chǎn)中的燒結(jié)溫度通常設置在700~800℃的范圍內(nèi)，目的在于通過提升燒結(jié)溫度實現(xiàn)粉體壓實密度的提升。燒結(jié)溫度超過700℃時，磷酸鐵鋰小顆粒之間會發(fā)生粘接，在高溫下保溫足夠長的時間，這些粘接處則會擴大變?yōu)闊Y(jié)頸，其間出現(xiàn)大量的固相擴散，使兩個或更多的小顆粒融合生成一個大顆粒，提高了整體的粉體壓實密度。
3.大小顆粒級配
除了優(yōu)化原料和燒結(jié)制度，大小顆粒級配也是提高粉體壓實密度的有效方法，這是因為小顆粒填充在大顆粒的縫隙中可以顯著提升整體的粉末壓實密度。
4.碳包覆
研究表明碳包覆能增強LiFePO4顆粒之間的導電性，使其電化學性能有明顯改善。但是過量的碳將嚴重降低LiFePO4的振實密度。選擇合適的碳源，改進制備工藝，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)到第四代高壓實磷酸鐵鋰，并進入客戶驗證階段。
龍蟠科技
子公司常州鋰源4月發(fā)布了最新研發(fā)的四代高壓實磷酸鐵鋰S501。通過優(yōu)化元素摻雜、特殊燒結(jié)工藝等創(chuàng)新技術，實現(xiàn)了材料壓實和裝電能力的顯著提升。其粉末壓實密度達到了2.65g/cm3。這一突破不僅提升了產(chǎn)品的能量密度，更滿足了不同應用場景的多元化需求。無論是電動車、儲能電站，還是其他新能源應用領域，四代高壓實S501都能提供強大的性能支持，滿足用戶對于產(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配理論的應用來提高產(chǎn)品壓實密度，其最高壓實密度可達2.65g/cc。同時，該公司還基于小顆粒設計提升產(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率，成功研發(fā)出了適合低溫條件應用的磷酸鐵鋰正極產(chǎn)品。
萬潤新能
半年報顯示，萬潤新能采用“金屬離子體相摻雜”“高分子復合碳源”和“晶粒尺寸調(diào)控”等核心技術，研發(fā)出高比容量、高壓實密度、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，開發(fā)出高倍率、長循環(huán)系列產(chǎn)品；采用獨有的碳包覆層網(wǎng)絡構(gòu)建、多離子協(xié)同摻雜改性、智能噴霧造粒以及可控高溫燒結(jié)等關鍵核心技術，開發(fā)出高振實密度球形磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
目前，公司第四代高壓實密度磷酸鐵鋰產(chǎn)品可實現(xiàn)2.60g/cc的粉末壓實密度和2.75g/cc的極片壓實密度，已經(jīng)實現(xiàn)批量出貨，第五代高壓實磷酸鐵鋰產(chǎn)品正在進行客戶驗證，擬研發(fā)出壓實密度更高、循環(huán)性能更好的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
富臨精工
據(jù)半年報，2024年以來，富臨精工磷酸鐵鋰持續(xù)進行技術和產(chǎn)品的升級迭代，憑借快充產(chǎn)品性能優(yōu)勢，出貨量迅速提升，第二季度實現(xiàn)滿產(chǎn)滿銷。同期，富臨精工的鐵鋰年產(chǎn)能已達14萬噸。公司還計劃在宜春基地老廠的基礎上，投建年產(chǎn)15萬噸新型高壓實磷酸鐵鋰及配套主材一體化項目。
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)品設計方面采用了特殊元素摻雜、復合碳源包覆配方技術、結(jié)合顆粒級配工藝，實現(xiàn)了產(chǎn)品粉體壓實和動力學性能的同步提升，為下游電池產(chǎn)品的性能提升與強化奠定了堅實基礎。
參考來源：
1.李淼等《高能量密度磷酸鐵鋰正極設計》
2.高工鋰電《高壓實鐵鋰打開正極企業(yè)新增量》
3.鋰電正極材料工藝《如何提高磷酸鐵鋰的壓實密度？》
4.各公司半年報
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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