隨著碳達峰碳中和戰(zhàn)略的貫徹實施，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，其市場需求迎來了爆發(fā)式的增長。2023年8月15日到16日，2023先進正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會在山城重慶隆重召開，會議期間，我們邀請到了業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對話欄目，進行訪談交流。本期，我們邀請到的是中南大學(xué)的胡國榮教授。
胡國榮，中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任先進電池材料教育部工程研究中心技術(shù)委員會副主任，中國化學(xué)與物理電源協(xié)會常務(wù)理事，中國電子學(xué)會技術(shù)委員會委員，中國無機鹽協(xié)會鋰鹽分會專家委員會委員。
主要從事鋰電池正極材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，在國內(nèi)率先實現(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，無論是產(chǎn)量、銷量還是動力電池裝機量，磷酸鐵鋰電池都正式反超三元電池。往后的時間里，磷酸鐵鋰電池繼續(xù)乘勝追擊，市場占有率不斷擴大，2023年上半年幾乎兩倍于三元電池。
對于此現(xiàn)象，胡教授表示，磷酸鐵鋰電池本身的市場發(fā)展經(jīng)歷了一些反復(fù)。早期磷酸鐵鋰占主流，2016年到2020年的時候三元反超磷酸鐵鋰，因為當(dāng)時特斯拉推出了續(xù)航里程比磷酸鐵鋰高的電動汽車，使得這段時間三元成為主流。
但是中國呢，因為早期像比亞迪他們主推還是磷酸鐵鋰，所以他們也做了很多的改進工作，特別是在電池結(jié)構(gòu)方面，這個時候?qū)幍聲r代也做了很多貢獻，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。后來比亞迪又推出了刀片電池，結(jié)構(gòu)上得到進一步優(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，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)航達到700公里、800公里都很常見了。所以由于這樣一些改進，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比三元要好很多，所以現(xiàn)在包括特斯拉也開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，中國對于三元的鎳、鈷都比較稀缺。
綜合能量密度、成本資源和安全性、循環(huán)壽命等這幾個方面的原因，磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢更加明顯，所以它的市場份額越來越多。
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？還有何可以改進的地方呢？
關(guān)于這個問題，胡教授表示，磷酸鐵鋰最早是草酸亞鐵路線，后來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，因為它本身的工藝比較環(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到百分之九十左右。還有個關(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、萬潤、比亞迪、邦普他們都選的這個路線。
此外，胡教授也提到，其他路線也有企業(yè)在做，比如說草酸亞鐵路線。胡教授的一些學(xué)生們在做的，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，比如壓實密度是行業(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，但是成本上稍微有一點優(yōu)勢，在儲能市場等對成本比較敏感的領(lǐng)域還是有一定的市場份額。硝酸鐵路線的話，就德方納米一家企業(yè)在做，產(chǎn)品性能也不錯但是環(huán)保壓力比較大。
所以磷酸鐵鋰每個路線都有它的優(yōu)缺點，但是目前從主流來看，磷酸鐵路線綜合起來優(yōu)勢更明顯。
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，甚至之前進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題，但它最終還是要回收的。關(guān)于磷酸鐵鋰電池的回收問題，胡教授表示，磷酸鐵鋰的回收，實際上在早期，特別是在2020年以前，沒人關(guān)注這個東西。因為當(dāng)時碳酸鋰價格很低，比如說2020年碳酸鋰的價格只有三萬八、四萬左右，那個時候磷酸鐵鋰價格也只有三萬多塊錢一噸，所以那個時候回收的話它價值不高，基本上都是回收三元材料，因為三元材料鎳、鈷價格高。
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格也很貴，主要是因為碳酸鋰價格很高，2022年最高的時候磷酸鐵鋰價格也是達到了十五六萬一噸。這個時候回收磷酸鐵鋰主要是回收鋰，因為鋰的價格高，但是從環(huán)保的角度來講，未來只回收鋰，磷、鐵不回收的話會產(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來處理。
所以整個來講，磷酸鐵鋰電池因為性能非常優(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的電池先是拿來做梯次利用，但梯次利用用完了以后這種電池還是要回收。哪怕未來碳酸鋰價格降到四五萬一噸，當(dāng)然也不知道會不會有這么一天，但是碳酸鋰價格下降是大勢所趨，未來降到十萬以下甚至五六萬也是有這種可能。這個時候磷酸鐵鋰的價值就不高了，但不能說磷酸鐵鋰價值低就不回收，還是要回收。但這個時候的回收講究一個綜合回收的問題，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難點就是里面的鋁，因為正極片是涂覆在鋁箔上面的，那么磷鐵渣中鋁的含量比較高。如果說把鋁的這個問題解決，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，通過把鋁的含量降低基本上也能解決磷酸鐵的回收問題，只不過成本稍微高一點，但是現(xiàn)階段碳酸鋰價格在二十幾萬一噸的情況下，回收還是有利可圖。
當(dāng)然未來的話，胡教授認為，如果說磷酸鐵鋰價格降得很低的時候，那可能回收這些電池就不要錢了或者倒找錢都有可能。
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，比如振實密度與壓實密度很低，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？
對此，胡教授說出了自己的看法。胡教授認為，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。比如說低溫性能比較差，特別是在北方零下二三十度的時候，電池放電放不出來或者放電只有平時的百分之八十。針對這個缺點，一些電池企業(yè)包括一些車廠也做了很多的改進，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難度比較大，不過在零下幾度到零下二十度之間應(yīng)該是沒問題的。
還有個問題就是，磷酸鐵鋰電池快充的話還是有一點小問題，當(dāng)然現(xiàn)在像比亞迪、寧德時代也做了很多工作，比如說十分鐘或者五六分鐘充一下可以跑個一百公里以上，應(yīng)急的話還是可以的?？斐湟龅胶芡昝溃赡苓€是有一定的難度。
其他的就是從成本上來講的話，磷酸鐵鋰目前價格還是偏高。雖然目前磷酸鐵鋰電池在電動車里面應(yīng)用基本上也還可以，特別在2022年價格那么高的情況下，車廠的產(chǎn)量還是增長非?？臁５侨绻姿徼F鋰電池要大規(guī)模的應(yīng)用到儲能市場的話，儲能市場對成本比較敏感，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)鍵還是原材料價格太貴，如果說有朝一日碳酸鋰價格能夠降下來，磷酸鐵鋰電池的成本也能夠降下來。
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)小編問到胡教授這些年來在磷酸鐵鋰方面最大的成就是什么時，胡教授謙虛而又低調(diào)的表示，不能光談及其個人，整個行業(yè)都在從事這項工作，做了很多的貢獻。
中國人真正的磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化是從2004年、2005年左右開始，胡教授表示其本人從2001年就開始帶學(xué)生做這方面的論文。整個全球的話，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、加拿大就開始做產(chǎn)業(yè)化。我們國內(nèi)也差不多同步，胡教授是2004年、2005年開始做中試，比亞迪當(dāng)時在實驗室的電池樣品，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)時也不確定，每家企業(yè)、每個科研單位選擇路線也不一樣。通過百花齊放、多種路線的競爭，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年的時候，當(dāng)時從國外，比如加拿大去買磷酸鐵鋰的話，報價是40萬人民幣以上一噸，而現(xiàn)在如果碳酸鋰不漲價的話，像2020年磷酸鐵鋰也就是三四萬一噸。所以磷酸鐵鋰通過這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)展也帶動了一些其他行業(yè)的發(fā)展，胡教授舉了個例子，比如說裝備行業(yè)，現(xiàn)在砂磨機行業(yè)就是被磷酸鐵鋰拉動起來的。砂磨機行業(yè)技術(shù)進步也很快，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，砂磨機價格也大幅下降，原來一臺幾十升的砂磨機都要幾百萬，現(xiàn)在一千升的砂磨機可能也就只要兩三百萬。此外，包括窯爐裝備，還有干燥裝備等等，還有產(chǎn)線的自動化，磷酸鐵鋰整個行業(yè)的進步應(yīng)該是非常大的，這也是中國整個電池、電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個縮影。那么為什么國外沒有做起來，因為國外這些產(chǎn)業(yè)不配套嘛！中國磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)，從裝備來、原材料來講，基本上已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。中國的發(fā)展包括胡教授個人的工作，可以說是推動了整個行業(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)化項目。
胡教授談到，中南大學(xué)作為一個學(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。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)化進程從0到1，胡教授也都參與了過程中的很多工作，為行業(yè)做了一定貢獻。
目前的話，胡教授要做的工作一方面是能不能夠開發(fā)一些新一代材料，因為這也是大學(xué)的使命，它必須要創(chuàng)新。所以胡教授也在進行一些鈉離子電池、新型電解液、固態(tài)電池方面的研究工作。
此外，胡教授針對磷酸鐵鋰材料現(xiàn)有材料進行一些改進提升，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)做一些改進工作，比如說產(chǎn)品的升級換代方面。
總的來說，胡教授及其團隊目前的工作主要分為兩方面，一個是現(xiàn)有產(chǎn)品的升級換代，第二個就是新一代、前沿產(chǎn)品的開發(fā)。
來源：中國粉體網(wǎng)