中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略的貫徹實(shí)施,，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入快車道。正極材料作為電池成本占比最高的一部分,，其市場(chǎng)需求迎來(lái)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。2023年8月15日到16日,，2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會(huì)在山城重慶隆重召開(kāi),，會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到了業(yè)內(nèi)專家,、學(xué)者,，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對(duì)話欄目，進(jìn)行訪談交流,。本期,，我們邀請(qǐng)到的是中南大學(xué)的胡國(guó)榮教授。
胡國(guó)榮,，中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院教授,，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任先進(jìn)電池材料教育部工程研究中心技術(shù)委員會(huì)副主任,，中國(guó)化學(xué)與物理電源協(xié)會(huì)常務(wù)理事,，中國(guó)電子學(xué)會(huì)技術(shù)委員會(huì)委員，中國(guó)無(wú)機(jī)鹽協(xié)會(huì)鋰鹽分會(huì)專家委員會(huì)委員,。
主要從事鋰電池正極材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化,，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)鈷酸鋰、三元材料,、磷酸鐵鋰,、錳酸鋰等正極材料的產(chǎn)業(yè)化，其科研成果孵化出多家正極材料企業(yè),。
磷酸鐵鋰電池市占率
2021年是磷酸鐵鋰電池的逆襲之年,，無(wú)論是產(chǎn)量、銷量還是動(dòng)力電池裝機(jī)量，磷酸鐵鋰電池都正式反超三元電池,。往后的時(shí)間里,，磷酸鐵鋰電池繼續(xù)乘勝追擊，市場(chǎng)占有率不斷擴(kuò)大,，2023年上半年幾乎兩倍于三元電池,。
對(duì)于此現(xiàn)象，胡教授表示,，磷酸鐵鋰電池本身的市場(chǎng)發(fā)展經(jīng)歷了一些反復(fù),。早期磷酸鐵鋰占主流，2016年到2020年的時(shí)候三元反超磷酸鐵鋰,，因?yàn)楫?dāng)時(shí)特斯拉推出了續(xù)航里程比磷酸鐵鋰高的電動(dòng)汽車,，使得這段時(shí)間三元成為主流。
但是中國(guó)呢,，因?yàn)樵缙谙癖葋喌纤麄冎魍七�是磷酸鐵鋰,，所以他們也做了很多的改進(jìn)工作，特別是在電池結(jié)構(gòu)方面,，這個(gè)時(shí)候?qū)幍聲r(shí)代也做了很多貢獻(xiàn),，特別是推出CTP。磷酸鐵鋰電池以前都有模組,，CTP就是從電芯直接到PACK,，把模組取消以后能量密度得以提高。后來(lái)比亞迪又推出了刀片電池,，結(jié)構(gòu)上得到進(jìn)一步優(yōu)化,，電池能量密度更加提高。最近他們又推出了CTB,、CTC,。CTB是把電芯直接裝到車身里面，CTC是把電芯裝到汽車底盤(pán),，這樣的話空間利用率更加高,，電池能量密度也更加提升。現(xiàn)在磷酸鐵鋰電池的續(xù)航達(dá)到700公里,、800公里都很常見(jiàn)了,。所以由于這樣一些改進(jìn),，導(dǎo)致磷酸鐵鋰電池的能量密度大幅度提升,。
還有就是，磷酸鐵鋰的安全性確實(shí)比三元要好很多,，所以現(xiàn)在包括特斯拉也開(kāi)始采用磷酸鐵鋰電池,。另外，它的循環(huán)壽命也非常高。再者就是成本,，中國(guó)對(duì)于三元的鎳,、鈷都比較稀缺。
綜合能量密度,、成本資源和安全性,、循環(huán)壽命等這幾個(gè)方面的原因，磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢(shì)更加明顯,，所以它的市場(chǎng)份額越來(lái)越多,。
磷酸鐵鋰工業(yè)生產(chǎn)路線
目前，磷酸鐵鋰現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)路線,，像草酸亞鐵路線,、氧化鐵紅路線、磷酸鐵路線等等,，這些路線孰優(yōu)孰劣,？還有何可以改進(jìn)的地方呢？
關(guān)于這個(gè)問(wèn)題,，胡教授表示,，磷酸鐵鋰最早是草酸亞鐵路線，后來(lái)又推出了氧化鐵紅路線,，而現(xiàn)在磷酸鐵路線成為了主流,。當(dāng)然像德方納米還有個(gè)硝酸鐵路線，此外,，還有其他的一些非主流的像水熱法等路線,。
整體來(lái)講，現(xiàn)在磷酸鐵路線是主流的技術(shù)路線,。磷酸鐵路線之所以成為主流的技術(shù)路線,，因?yàn)樗旧淼墓に嚤容^環(huán)保，收率比較高,，像草酸亞鐵路線的話它的收率很低,，只有百分之五十幾，而磷酸鐵路線的收率可以達(dá)到百分之九十左右,。還有個(gè)關(guān)鍵的原因就是磷酸鐵做的產(chǎn)品的性能非常好,，所以現(xiàn)在像裕能、萬(wàn)潤(rùn),、比亞迪,、邦普他們都選的這個(gè)路線。
此外,，胡教授也提到,，其他路線也有企業(yè)在做,，比如說(shuō)草酸亞鐵路線。胡教授的一些學(xué)生們?cè)谧龅�,，像富臨精工,，他們做的效果挺好，產(chǎn)品性能甚至比磷酸鐵路線做的還有優(yōu)勢(shì),，比如壓實(shí)密度是行業(yè)里目前最高的,。但是草酸亞鐵路線成本比較高，現(xiàn)在面臨比較大的壓力,。氧化鐵紅路線的話,，產(chǎn)品性能上要差一點(diǎn)，但是成本上稍微有一點(diǎn)優(yōu)勢(shì),，在儲(chǔ)能市場(chǎng)等對(duì)成本比較敏感的領(lǐng)域還是有一定的市場(chǎng)份額,。硝酸鐵路線的話，就德方納米一家企業(yè)在做,，產(chǎn)品性能也不錯(cuò)但是環(huán)保壓力比較大,。
所以磷酸鐵鋰每個(gè)路線都有它的優(yōu)缺點(diǎn)，但是目前從主流來(lái)看,，磷酸鐵路線綜合起來(lái)優(yōu)勢(shì)更明顯,。
磷酸鐵鋰電池回收
與三元電池相比，磷酸鐵鋰電池回收利用率低,，缺乏盈利點(diǎn),，甚至之前進(jìn)行再生材料回收處于虧本狀態(tài)，導(dǎo)致很少有人關(guān)注磷酸鐵鋰電池的回收問(wèn)題,，但它最終還是要回收的,。關(guān)于磷酸鐵鋰電池的回收問(wèn)題，胡教授表示,，磷酸鐵鋰的回收,，實(shí)際上在早期，特別是在2020年以前,，沒(méi)人關(guān)注這個(gè)東西,。因?yàn)楫?dāng)時(shí)碳酸鋰價(jià)格很低，比如說(shuō)2020年碳酸鋰的價(jià)格只有三萬(wàn)八,、四萬(wàn)左右,，那個(gè)時(shí)候磷酸鐵鋰價(jià)格也只有三萬(wàn)多塊錢(qián)一噸，所以那個(gè)時(shí)候回收的話它價(jià)值不高,，基本上都是回收三元材料,，因?yàn)槿牧湘嚒⑩拑r(jià)格高,。
但是到了2022年,，磷酸鐵鋰的回收也比較火，包括磷酸鐵鋰的黑粉回收價(jià)格也很貴,，主要是因?yàn)樘妓徜噧r(jià)格很高,，2022年最高的時(shí)候磷酸鐵鋰價(jià)格也是達(dá)到了十五六萬(wàn)一噸。這個(gè)時(shí)候回收磷酸鐵鋰主要是回收鋰,，因?yàn)殇嚨膬r(jià)格高,，但是從環(huán)保的角度來(lái)講，未來(lái)只回收鋰,，磷,、鐵不回收的話會(huì)產(chǎn)生大量的磷鐵渣，目前很多做磷酸鐵鋰回收的企業(yè),，他們把磷鐵渣都堆在那里也沒(méi)來(lái)處理,。
所以整個(gè)來(lái)講，磷酸鐵鋰電池因?yàn)樾阅芊浅?yōu)越,，循環(huán)壽命非常好,，所以很多電池回收公司把回收回來(lái)的電池先是拿來(lái)做梯次利用，但梯次利用用完了以后這種電池還是要回收,。哪怕未來(lái)碳酸鋰價(jià)格降到四五萬(wàn)一噸,，當(dāng)然也不知道會(huì)不會(huì)有這么一天，但是碳酸鋰價(jià)格下降是大勢(shì)所趨,，未來(lái)降到十萬(wàn)以下甚至五六萬(wàn)也是有這種可能,。這個(gè)時(shí)候磷酸鐵鋰的價(jià)值就不高了，但不能說(shuō)磷酸鐵鋰價(jià)值低就不回收,，還是要回收,。但這個(gè)時(shí)候的回收講究一個(gè)綜合回收的問(wèn)題，除了鋰的回收,，鐵,、磷也要回收，現(xiàn)在很多企業(yè),、科研院所也在做這方面的工作,。
但是目前磷鐵渣的回收有個(gè)難點(diǎn)就是里面的鋁，因?yàn)檎龢O片是涂覆在鋁箔上面的,，那么磷鐵渣中鋁的含量比較高,。如果說(shuō)把鋁的這個(gè)問(wèn)題解決，磷酸鐵的回收也是可以做到的,。在這方面,，胡教授的一些學(xué)生們也在做，通過(guò)把鋁的含量降低基本上也能解決磷酸鐵的回收問(wèn)題,，只不過(guò)成本稍微高一點(diǎn),，但是現(xiàn)階段碳酸鋰價(jià)格在二十幾萬(wàn)一噸的情況下,，回收還是有利可圖。
當(dāng)然未來(lái)的話,，胡教授認(rèn)為,，如果說(shuō)磷酸鐵鋰價(jià)格降得很低的時(shí)候，那可能回收這些電池就不要錢(qián)了或者倒找錢(qián)都有可能,。
磷酸鐵鋰電池性能提升
雖然磷酸鐵鋰與其他鋰離子電池正極材料相比,，更加安全、更加環(huán)保,、成本更加低廉,，但是仍然存在著致命的弱點(diǎn)，比如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低,，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低,；低溫性能較差；大電流放電性能差等,。那么往后磷酸鐵鋰電池性能提升的研究方向在哪呢,？
對(duì)此，胡教授說(shuō)出了自己的看法,。胡教授認(rèn)為,，磷酸鐵鋰電池現(xiàn)在基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需求，當(dāng)然滿足的需求背后也還是有一些缺陷,。比如說(shuō)低溫性能比較差,，特別是在北方零下二三十度的時(shí)候，電池放電放不出來(lái)或者放電只有平時(shí)的百分之八十,。針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn),，一些電池企業(yè)包括一些車廠也做了很多的改進(jìn)，包括前期預(yù)熱,、電池結(jié)構(gòu)改變,，基本上也還能夠克服。當(dāng)然在極端溫度下,，零下四五十度可能會(huì)難度比較大,，不過(guò)在零下幾度到零下二十度之間應(yīng)該是沒(méi)問(wèn)題的。
還有個(gè)問(wèn)題就是,，磷酸鐵鋰電池快充的話還是有一點(diǎn)小問(wèn)題,，當(dāng)然現(xiàn)在像比亞迪、寧德時(shí)代也做了很多工作,，比如說(shuō)十分鐘或者五六分鐘充一下可以跑個(gè)一百公里以上,，應(yīng)急的話還是可以的�,？斐湟龅胶芡昝�,，可能還是有一定的難度,。
其他的就是從成本上來(lái)講的話，磷酸鐵鋰目前價(jià)格還是偏高,。雖然目前磷酸鐵鋰電池在電動(dòng)車?yán)锩鎽?yīng)用基本上也還可以,，特別在2022年價(jià)格那么高的情況下，車廠的產(chǎn)量還是增長(zhǎng)非�,？臁５侨绻姿徼F鋰電池要大規(guī)模的應(yīng)用到儲(chǔ)能市場(chǎng)的話,，儲(chǔ)能市場(chǎng)對(duì)成本比較敏感,，所以磷酸鐵鋰電池降本還是有迫切的需求。當(dāng)然現(xiàn)在關(guān)鍵還是原材料價(jià)格太貴,，如果說(shuō)有朝一日碳酸鋰價(jià)格能夠降下來(lái),，磷酸鐵鋰電池的成本也能夠降下來(lái)。
二十余年,，專注于磷酸鐵鋰
據(jù)粉體網(wǎng)了解,，胡教授研究磷酸鐵鋰已有二十余年，當(dāng)年比亞迪第一批磷酸鐵鋰的樣品就是由胡教授提供的,。當(dāng)小編問(wèn)到胡教授這些年來(lái)在磷酸鐵鋰方面最大的成就是什么時(shí),，胡教授謙虛而又低調(diào)的表示，不能光談及其個(gè)人,，整個(gè)行業(yè)都在從事這項(xiàng)工作,，做了很多的貢獻(xiàn)。
中國(guó)人真正的磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化是從2004年,、2005年左右開(kāi)始,，胡教授表示其本人從2001年就開(kāi)始帶學(xué)生做這方面的論文。整個(gè)全球的話,，最早是1997年,，Goodenough教授發(fā)明了磷酸鐵鋰材料，2003年左右,，像美國(guó),、加拿大就開(kāi)始做產(chǎn)業(yè)化。我們國(guó)內(nèi)也差不多同步,，胡教授是2004年,、2005年開(kāi)始做中試，比亞迪當(dāng)時(shí)在實(shí)驗(yàn)室的電池樣品,，就是胡教授提供的,，從幾公斤、幾十公斤到幾百公斤,。在做的過(guò)程中也經(jīng)歷了很多的反復(fù),，特別是技術(shù)路線的話當(dāng)時(shí)也不確定,，每家企業(yè)、每個(gè)科研單位選擇路線也不一樣,。通過(guò)百花齊放,、多種路線的競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)在的話性能提升很大,，成本也大幅度下降,。
胡教授還提到，2004年,、2005年的時(shí)候,，當(dāng)時(shí)從國(guó)外,，比如加拿大去買(mǎi)磷酸鐵鋰的話,，報(bào)價(jià)是40萬(wàn)人民幣以上一噸，而現(xiàn)在如果碳酸鋰不漲價(jià)的話,，像2020年磷酸鐵鋰也就是三四萬(wàn)一噸,。所以磷酸鐵鋰通過(guò)這20年的發(fā)展，性能得到了大幅度提升,，成本有了大幅度下降,。
此外，磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也帶動(dòng)了一些其他行業(yè)的發(fā)展,，胡教授舉了個(gè)例子,，比如說(shuō)裝備行業(yè)，現(xiàn)在砂磨機(jī)行業(yè)就是被磷酸鐵鋰?yán)瓌?dòng)起來(lái)的,。砂磨機(jī)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步也很快,，早期容量可能就幾十升，現(xiàn)在已經(jīng)做到了上千升的大型化,。同時(shí)，砂磨機(jī)價(jià)格也大幅下降,，原來(lái)一臺(tái)幾十升的砂磨機(jī)都要幾百萬(wàn)，現(xiàn)在一千升的砂磨機(jī)可能也就只要兩三百萬(wàn),。此外，包括窯爐裝備,，還有干燥裝備等等,，還有產(chǎn)線的自動(dòng)化，磷酸鐵鋰整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步應(yīng)該是非常大的,，這也是中國(guó)整個(gè)電池、電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)縮影,。那么為什么國(guó)外沒(méi)有做起來(lái)，因?yàn)閲?guó)外這些產(chǎn)業(yè)不配套嘛,！中國(guó)磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè),，從裝備來(lái)、原材料來(lái)講,，基本上已全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,。中國(guó)的發(fā)展包括胡教授個(gè)人的工作，可以說(shuō)是推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)發(fā)展,。
胡教授近期科研成果和產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化
采訪的最后,，胡教授也是跟我們分享了他及課題組最新科研成果和產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化項(xiàng)目,。
胡教授談到，中南大學(xué)作為一個(gè)學(xué)校,，在科研方面也是做了很多的工作,，在應(yīng)用方面做的也不錯(cuò)。胡教授本人也是一直從事產(chǎn)業(yè)化方面的工作,，從早期的鈷酸鋰到三元,、磷酸鐵鋰、錳酸鋰,，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程從0到1,，胡教授也都參與了過(guò)程中的很多工作，為行業(yè)做了一定貢獻(xiàn),。
目前的話,，胡教授要做的工作一方面是能不能夠開(kāi)發(fā)一些新一代材料，因?yàn)檫@也是大學(xué)的使命,，它必須要?jiǎng)?chuàng)新,。所以胡教授也在進(jìn)行一些鈉離子電池、新型電解液,、固態(tài)電池方面的研究工作,。
此外，胡教授針對(duì)磷酸鐵鋰材料現(xiàn)有材料進(jìn)行一些改進(jìn)提升,，比如磷酸鐵鋰材料的降本工作,，主要是從原材料方面做一些改變；裝備方面，在裝備的大型化,、自動(dòng)化,、智能化方面做一些工作；材料性能方面,，提高磷酸鐵鋰的壓實(shí)密度,、低溫性能。
材料能量密度提升方面,，主要是做了一些磷酸錳鐵鋰方面的工作,。三元材料的話，主要單晶化等方面的工作,。還有就是圍繞著企業(yè)做一些改進(jìn)工作,，比如說(shuō)產(chǎn)品的升級(jí)換代方面。
總的來(lái)說(shuō),，胡教授及其團(tuán)隊(duì)目前的工作主要分為兩方面,，一個(gè)是現(xiàn)有產(chǎn)品的升級(jí)換代，第二個(gè)就是新一代,、前沿產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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