中國儲能網(wǎng)訊：9月10-11日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會、南方科技大學碳中和能源研究院、南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院聯(lián)合100余家機構(gòu)共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第三屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應用大會在深圳召開。此次大會主題是“綠色、經(jīng)濟、安全、發(fā)展”。
來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的600余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1317位嘉賓參加了本屆大會。
11日下午，中南大學冶金與環(huán)境胸圓胡國榮教授受邀在“儲能材料、回收與裝備專場”分享了主題報告，主題為《磷酸鐵鋰技術(shù)路線與競爭力分析》。
胡國榮：尊敬的各位嘉賓，大家下午好！感謝大會的邀請，給我這么一個機會跟大家作一個分享。
大家知道鋰電池這幾年快速的發(fā)展，得益于新能源汽車的發(fā)展，大概從2021年開始，磷酸鐵鋰在新能源汽車的增長已經(jīng)超過了三元，鋰電池的技術(shù)路線有一個過程，早期是磷酸鐵鋰，在2016年到2020年是三元為主導，到2021年就以鐵鋰作為主導。特別是今天的話題是儲能，儲能未來應該主要還是磷酸鐵鋰的天下。
從鋰電池的安全性、壽命和成本這幾方面來講，儲能為了將是磷酸鐵鋰最重要的應用領(lǐng)域。從動力電池裝機量來講，2021年已經(jīng)超過了三元，去年有600多萬輛的電動汽車搭載磷酸鐵鋰電池。左下角這個圖是2023年上半年磷酸鐵鋰企業(yè)的份額。從動力電池的裝機量來看，全球前十大的企業(yè)中國占了一大半，整體來講動力電池市場份額的集中度比我們材料企業(yè)集中度要高一點。
從地域的分布來講，磷酸鐵鋰現(xiàn)在主要分布在西部的省份，比如說云南、貴州、四川、湖北，因為這些地方是主要的磷化工的產(chǎn)區(qū)，磷化工企業(yè)最近幾年紛紛進入了鋰電池企業(yè)，所以這幾個地區(qū)產(chǎn)量比較大。右邊是磷酸鐵鋰去年到今年的走勢，跟碳酸鋰的價格走勢是對應的。
目前磷酸鐵工藝是磷酸鐵鋰的主流。我后面會講到磷酸鐵鋰的工藝路線，有磷酸鐵、硝酸鐵、草酸鐵、氧化鐵紅、水熱化等等。
右上角是目前產(chǎn)能的圖，左邊是產(chǎn)量，到2030年左右，我們的產(chǎn)量會接近1000萬噸的規(guī)模。到2027年左右，產(chǎn)能的增長基本上就達到飽和了，最近幾年的增長是非常快的，特別是2021年以來每年都是翻倍的增長。
磷酸鐵鋰有自己配套的工藝，比如有磷酸鐵工藝、硝酸鐵工藝等等，它的成本是不太一樣的。
這邊是磷酸鐵的產(chǎn)能情況，目前基本上已經(jīng)達到了250萬噸左右的規(guī)模。右邊是磷酸鐵企業(yè)的市場份額。
這是全球磷礦的儲量，最近摩洛哥這個小國發(fā)生地震，這個國家的磷礦儲量占了全球一大半，所以中國一些上市公司都跑到摩洛哥去搞磷礦。
接下來重點介紹一下磷酸鐵鋰的工藝路線。第一個是草酸亞鐵路線，這也是在2003年左右中南大學帶頭開發(fā)的路線，包括比亞迪當時在實驗室開始做磷酸鐵鋰電池的時候，他們找不到磷酸鐵鋰的樣品，我在中南大學給它提供，從幾公斤、幾十公斤到后面我們做到500公斤的樣品，所以比亞迪的電池最早的樣品來源就是我提供的，當時就用的是草酸亞鐵的路線?，F(xiàn)在這個路線也還有少數(shù)的企業(yè)在做，比如說我的一些學生做的，比如富臨精工，當然他們也做了一些改進，把磷酸二氫氨改成磷酸二氫鋰。這個工藝的成本是比較高的，產(chǎn)品的收益率也比較低。但是這個路線有一個好處，它做的產(chǎn)品的壓縮比很高，特別是在電動汽車動力電池里面。
還有一個路線是氧化鐵紅的路線，這是美國valence和臺灣長園采用的工藝，中國的協(xié)鑫集團也使用這種工藝，這種工藝的成本比較低，但是也有一個缺點，就是它的能量密度比較低，但是用到儲能里面，因為它的成本比較低，它還是有一定市場應用空間的。
還有一個是目前主流的路線，這個路線是湖北萬潤最早推出的，這個路線是比較環(huán)保的，它的收率比較高，產(chǎn)品性能也不錯，所以現(xiàn)在成為了主流的技術(shù)，裕能、萬潤、龍叛科技、湖北融通、比亞迪都用這種方法，這個方法占據(jù)了80%以上的市場份額。但是它有一個缺點，成本比較高，還有就是生產(chǎn)磷酸鐵，有大量的廢水產(chǎn)生。
還有一個路線是硝酸鐵路線，德方納米最早采用這種路線，就是用鐵+硝酸，把它溶解變成硝酸鐵，硝酸鐵再和磷酸鋰結(jié)合，得到一個中間產(chǎn)物，就是磷酸鐵和氫氧化鋰的中間產(chǎn)物，這個產(chǎn)物我們再拿來包碳去燒，這個工藝成本相對來講比較低，當然它這個工藝也有一個缺點，就是它的環(huán)保壓力很大，因為它產(chǎn)生了大量的二氧化氮。
另外就是水熱法的路線。用氫氧化鋰和磷酸、硫酸鐵來生產(chǎn)，這里面有大量的鋰，最后得到硫酸鋰，這個硫酸鋰還要再進行循環(huán)利用，再回收。這個工藝的成本是很高的。但是它的產(chǎn)品性能很不錯，特別是它的低溫性能和倍率性能，這個工藝現(xiàn)在基本上沒人做了，只有加拿大一家公司在做，國內(nèi)目前有廈門鎢業(yè)在做，但是也沒有大規(guī)模推廣，四川德陽威旭也在做，但是基本上也沒有市場化，主要是成本太高。
前面講到這幾種方法，各有優(yōu)缺點，我在這里就不再詳細介紹了。
磷酸鐵的工藝從工藝流程來講還是比較簡單的，磷酸鐵+碳酸鋰+有機碳，通過研磨，通過氮氣保護燒結(jié)得到了磷酸鐵鋰產(chǎn)品，這是關(guān)于磷酸鐵鋰的路線。
因為磷酸鐵是磷酸鐵鋰的一個關(guān)鍵原材料，我把磷酸鐵的工藝路線也做一個介紹。在2020年的時候碳酸鋰價格只有3.8萬、4萬的時候，磷酸鐵的路線是主流的，只不過這兩年碳酸鋰漲價之后，碳酸鋰占的成本最高，不排除未來磷酸鐵會成為主要的成本。磷酸鐵現(xiàn)在有幾個路線，第一是硫酸亞鐵的路線，這個路線是用太白粉的副產(chǎn)物，原來太白粉的副產(chǎn)物硫酸亞鐵是不要錢的，甚至要倒找錢給你。但是這幾年因為磷酸鐵鋰起來之后，把硫酸亞鐵的價格炒得很高了，甚至高的時候漲到七八百塊錢一噸。硫酸亞鐵里面又分氨法和鈉法，就是用氨整合和氫氧化鈉中和，目前主要的還是用氨法中和，氨法中和里面有兩步法和一步法。一步法是我們在一個反應器里面完成兩個過程，兩步法就是在兩個反應里面分別完成這個過程。一步法在合成的時候，就是硫酸亞鐵除雜以后加雙氧水氧化，再加磷酸一銨得到磷酸鐵，剛沉淀的磷酸鐵是黃色的堿式磷酸鐵，我們通過高溫轉(zhuǎn)化得到粉白色的磷酸鐵，這是一步法。
兩步法是先合成，后面有一個老化，這個老化又完成了一個晶型轉(zhuǎn)化。
兩步法的流程長一點，成本高一點。一步法的成本比兩步法要低1000塊錢。大家也知道現(xiàn)在磷酸鐵鋰的價格卷得很厲害，特別是磷酸鐵從去年2.6萬降到現(xiàn)在的1.1萬，甚至有可能今年下半年降到1萬以下，所以如果說你能便宜1000元，我就提高了10%的利潤，所以未來特別是做儲能，對成本看得很重，未來一步法會成為主流。
兩步法和一步法在產(chǎn)品性能上還是有一定的差異，兩步法的純度比較高一點，一步法的雜質(zhì)含量稍微高一點。但現(xiàn)在一步法的含量，這個雜質(zhì)也能滿足要求。
還有一個是用鐵粉法。前面講到磷酸鐵用硫酸亞鐵做，有大量的廢水，這個廢水是硫酸銨，我們通過濃縮結(jié)晶得到固定回收硫酸銨，所以很多工業(yè)園區(qū)不讓它進，必須進化工園區(qū)。我們用鐵粉法，就是鐵+磷酸+雙氧水氧化直接得到磷酸鐵，當然磷酸需要的量很大，最后要加水稀釋，所以這個方法就比較環(huán)保。但是這個方法也有缺點，就是目前鐵粉很貴，貴的要七八千塊錢一噸，便宜的要五六千塊錢一噸，不像硫酸亞鐵現(xiàn)在只要兩三百塊錢一噸。另外這里面的磷酸是循環(huán)利用的，所以雜質(zhì)越來越高，這個方法現(xiàn)在還沒有大面積的推廣，目前廣東有一個光華科技他們有幾萬噸的產(chǎn)能。
另外一個是氯化鐵法。現(xiàn)在鋼鐵廠為了防止鋼板生銹，用鋰鹽去洗滌，這樣會產(chǎn)生大量的廢水，我十幾年前去上海寶鋼和北京首鋼調(diào)研，了解到他們一年有幾十萬噸、上百萬噸，他們用這個做氧化鐵紅，現(xiàn)在可以用這個氯化鐵來生產(chǎn)磷酸鐵。
磷酸鐵的工藝路線基本上就是這樣一些路線，有氨法和鈉法。
后面再簡單介紹一下磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化的進展。磷酸鐵鋰大家都很熟悉了，早期主要是國外在做這個事情。后來臺灣也做過一些工作，中國應該是把它發(fā)揚光大做得最好。特別是比亞迪和寧德時代，他們推出了新型的電池，比如C2P、C2C。
再講一下競爭力的問題，現(xiàn)在有磷化工的企業(yè)，應該說他們相對來講成本有優(yōu)勢。
未來的趨勢，我們要發(fā)展高能量密度的磷酸鐵鋰，還有高倍率、低溫性能要改善。再就是裝備大型化，現(xiàn)在磷酸鐵鋰的產(chǎn)能受限，一個爐子、一套裝備的產(chǎn)能大概是5000噸。
我的分享到此結(jié)束，謝謝各位。
【責任編輯：周曉晴】
