Nachteile der Lithium-Eisenphosphat-Batterie
Ob ein Material neben seinen Vorteilen das Potenzial für Anwendung und Entwicklung hat, ist entscheidend, ob das Material grundsätzliche Mängel aufweist.
Derzeit wird Lithiumeisenphosphat in China häufig als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Leistungsbatterien ausgewählt.Marktanalysten von Regierungen, wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen, Unternehmen und sogar Wertpapierfirmen stehen diesem Material optimistisch gegenüber und sehen darin die Entwicklungsrichtung von Lithium-Ionen-Leistungsbatterien.Nach der Analyse der Gründe gibt es vor allem die folgenden zwei Punkte: Erstens verwendeten Valence- und A123-Unternehmen in den USA aufgrund des Einflusses der Forschungs- und Entwicklungsrichtung in den USA zunächst Lithiumeisenphosphat als Kathodenmaterial von Lithium-Ionen-Batterien.Zweitens wurden in China keine Lithiummanganatmaterialien mit guter Hochtemperatur-Zyklus- und Speicherleistung hergestellt, die für Lithium-Ionen-Leistungsbatterien verwendet werden können.Allerdings weist Lithiumeisenphosphat auch grundlegende Mängel auf, die nicht ignoriert werden können und die sich wie folgt zusammenfassen lassen:
1. Im Sinterprozess der Herstellung von Lithiumeisenphosphat ist es möglich, dass Eisenoxid in einer reduzierenden Atmosphäre mit hoher Temperatur zu einfachem Eisen reduziert wird.Eisen, der am meisten tabuisierte Stoff in Batterien, kann zu Mikrokurzschlüssen in Batterien führen.Dies ist der Hauptgrund, warum Japan dieses Material nicht als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Leistungsbatterien verwendet.
2. Lithiumeisenphosphat weist einige Leistungsmängel auf, wie z. B. eine geringe Stopfdichte und Verdichtungsdichte, was zu einer geringen Energiedichte der Lithium-Ionen-Batterie führt.Die Leistung bei niedrigen Temperaturen ist schlecht, auch wenn die Nano- und Kohlenstoffbeschichtung dieses Problem nicht löst.Als Dr. Don Hillebrand, Direktor des Energy Storage System Center des Argonne National Laboratory, über die Leistung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien bei niedrigen Temperaturen sprach, beschrieb er sie als schrecklich.Ihre Testergebnisse zu Lithium-Eisenphosphat-Batterien zeigten, dass Lithium-Eisenphosphat-Batterien bei niedrigen Temperaturen (unter 0 °C) keine Elektrofahrzeuge antreiben konnten.Obwohl einige Hersteller behaupten, dass die Kapazitätserhaltungsrate von Lithium-Eisenphosphat-Batterien bei niedrigen Temperaturen gut ist, erfolgt dies unter der Bedingung eines niedrigen Entladestroms und einer niedrigen Entlade-Abschaltspannung.In diesem Fall kann das Gerät überhaupt nicht gestartet werden.
3. Die Vorbereitungskosten für Materialien und die Herstellungskosten für Batterien sind hoch, die Batterieausbeute ist gering und die Konsistenz ist schlecht.Obwohl die elektrochemischen Eigenschaften der Materialien durch die Nanokristallisation und Kohlenstoffbeschichtung von Lithiumeisenphosphat verbessert wurden, sind auch andere Probleme entstanden, wie z. B. die Verringerung der Energiedichte, die Verbesserung der Synthesekosten, eine schlechte Elektrodenverarbeitungsleistung und raue Umgebungsbedingungen Anforderungen.Obwohl die chemischen Elemente Li, Fe und P in Lithiumeisenphosphat sehr reichhaltig sind und die Kosten niedrig sind, sind die Kosten für das hergestellte Lithiumeisenphosphatprodukt nicht niedrig.Selbst nach Abzug der frühen Forschungs- und Entwicklungskosten werden die Prozesskosten dieses Materials und die höheren Kosten für die Herstellung von Batterien die Endkosten der Energiespeichereinheit erhöhen.
4. Schlechte Produktkonsistenz.Derzeit kann keine Lithiumeisenphosphat-Materialfabrik in China dieses Problem lösen.Aus Sicht der Materialvorbereitung ist die Synthesereaktion von Lithiumeisenphosphat eine komplexe heterogene Reaktion, die festes Phosphat, Eisenoxid und Lithiumsalz, einen mit Kohlenstoff versetzten Vorläufer und eine reduzierende Gasphase umfasst.Bei diesem komplexen Reaktionsprozess ist es schwierig, die Konsistenz der Reaktion sicherzustellen.
5. Fragen des geistigen Eigentums.Derzeit ist das Grundpatent für Lithiumeisenphosphat Eigentum der University of Texas in den Vereinigten Staaten, während das kohlenstoffbeschichtete Patent von Kanadiern angemeldet wird.Diese beiden Grundpatente können nicht umgangen werden.Wenn Patentlizenzgebühren in den Kosten enthalten sind, werden die Produktkosten weiter erhöht.
Darüber hinaus ist Japan aufgrund seiner Erfahrung in Forschung und Entwicklung sowie der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien das erste Land, das Lithium-Ionen-Batterien kommerzialisiert, und besetzt seit jeher den Markt für High-End-Lithium-Ionen-Batterien.Obwohl die Vereinigten Staaten in einigen Grundlagenforschungen führend sind, gibt es bisher keinen großen Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien.Daher ist es für Japan sinnvoller, modifiziertes Lithiummanganat als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien vom Leistungstyp zu wählen.Sogar in den Vereinigten Staaten verwendet die Hälfte der Hersteller Lithiumeisenphosphat und Lithiummanganat als Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien vom Leistungstyp, und auch die Bundesregierung unterstützt die Forschung und Entwicklung dieser beiden Systeme.Angesichts der oben genannten Probleme ist es schwierig, Lithiumeisenphosphat in großem Umfang als Kathodenmaterial für leistungsstarke Lithium-Ionen-Batterien in Fahrzeugen mit neuer Energie und in anderen Bereichen zu verwenden.Wenn wir das Problem der schlechten Zyklen- und Speicherleistung von Lithiummanganat bei hohen Temperaturen lösen können, wird es ein großes Potenzial für die Anwendung von Lithium-Ionen-Leistungsbatterien mit seinen Vorteilen niedriger Kosten und hoher Leistung haben.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Okt. 2022