DQZHAN技術(shù)訊：磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化路線之爭
編者按：在筆者看來，磷酸鐵鋰LFP目前是四個路線并駕齊驅(qū)，這只能說明LFP這個材料的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟。與很多人的觀點恰恰相反，筆者認(rèn)為LFP是目前這幾種正極材料里面*難合成并且對生產(chǎn)技術(shù)水平要求*高的。技術(shù)路線不統(tǒng)一，說明整個產(chǎn)業(yè)還處于“從有到優(yōu)”的競爭階段，穩(wěn)定性將是現(xiàn)階段的重點。
LFP的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)目前主要有四種不同的技術(shù)路線，分別是鐵紅路線(Valance為代表)、草酸鐵路線(早期A123為代表)、磷酸鐵路線(后期A123、早期Phostech為代表)、水熱法(Phostech P2和Hanwa為代表)。對比一下其他的幾種正極材料比如LCO、LMO和NCM，成熟的商業(yè)化生產(chǎn)路線都僅有一條。
在筆者看來，LFP目前是四個路線并駕齊驅(qū)，這只能說明LFP這個材料的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟。與很多人的觀點恰恰相反，筆者認(rèn)為LFP是目前這幾種正極材料里面*難合成并且對生產(chǎn)技術(shù)水平要求*高的。技術(shù)路線不統(tǒng)一，說明整個產(chǎn)業(yè)還處于“從有到優(yōu)”的競爭階段，穩(wěn)定性將是現(xiàn)階段的重點。
在下一個階段將是“從優(yōu)到廉”的發(fā)展過程中，畢竟“穩(wěn)定性加工性+電化學(xué)特性”才是符合動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流特征。筆者個人認(rèn)為，*后勝出的合成路線必然是原材料利用率比較優(yōu)化，工藝的可操作性和穩(wěn)定性都兼顧，而且材料生產(chǎn)成本和其電化學(xué)性能能夠得到綜合平衡的一條路線。
工藝路線成本的核算需要對原材料、工藝流程、水電氣消耗、人力成本、設(shè)備折舊以及其它綜合成本因素進行數(shù)學(xué)建模，這必然涉及到很具體技術(shù)細(xì)節(jié)和商業(yè)機密，所以筆者這里將只根據(jù)計算結(jié)果對各種工藝路線做一些宏觀上的評論。雖然目前國內(nèi)大部分LFP廠家都是采用草酸鐵路線，但筆者個人認(rèn)為A123早期的草酸亞鐵工藝在技術(shù)上實際上是不成熟的，這也是導(dǎo)致其09年之后轉(zhuǎn)為磷酸鐵工藝的根本原因。
A123的草鐵路線綜合成本及其高昂，這與其獨特的納米球磨工藝有較大關(guān)系。國內(nèi)主要是北大先行和天津斯特蘭做了較大改進，然后其它廠家跟進模仿。但是草鐵工藝路線的設(shè)備依存度較高，生產(chǎn)周期比較長，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和加工性能一直都是個問題，而且大部分廠家產(chǎn)品電化學(xué)性能也沒有能夠完全發(fā)揮出來。
2009年以后A123將生產(chǎn)路線變更到磷酸鐵工藝，這既是工藝技術(shù)的提升又是降低成本的重要措施。但磷鐵工藝降低成本和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵在于廠家能否自己生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的磷酸鐵前驅(qū)體，外購顯然是不合適的。這就好比小型的三元材料正極廠家可以選擇外購前驅(qū)體然后自己燒結(jié)生產(chǎn)成品三元材料，但全球*具實力的幾家正極大廠無一例外的都是自產(chǎn)前驅(qū)體。
如果國內(nèi)廠家選用合適的鐵鹽自產(chǎn)磷酸鐵并且產(chǎn)量較大的話，LFP的生產(chǎn)成本甚至可以控制到五萬元/噸左右的水平。因為有了磷酸鐵前驅(qū)體這個環(huán)節(jié)，LFP材料的改性就相對比較容易了，并且磷鐵工藝生產(chǎn)的LFP電化學(xué)性能比較理想，所以筆者個人看好磷鐵路線。當(dāng)然有讀者會問，那么磷鐵工藝在國內(nèi)為什么沒有普及開來?事實上，磷鐵工藝從美國傳回國內(nèi)已經(jīng)到了2010年了，草鐵和鐵紅工藝那時候已經(jīng)在國內(nèi)占據(jù)了市場，使得磷鐵工藝幾乎沒有機會在國內(nèi)廣泛推廣開來。
鐵紅路線是隨著美國Valance在國內(nèi)建廠而推廣開來的，筆者并不否認(rèn)目前鐵紅工藝(包括V系和復(fù)合系)仍然占據(jù)國內(nèi)三分之一以上的市場，這是有其歷史原因的，并且該工藝仍然還會存在一段時間。但筆者個人認(rèn)為，雖然現(xiàn)階段鐵紅路線的成本比磷鐵路線略微便宜，但由于材料在電化學(xué)性能方面的硬傷，鐵紅工藝*終可能會退出歷史舞臺。
水熱路線*早是德國南方化學(xué)發(fā)展起來的，這是因為之前南方化學(xué)在磷肥生產(chǎn)上已經(jīng)擁有近30年的高壓水熱斧使用經(jīng)驗。南方化學(xué)收購Phostech以后，在2007年正式推出了P2產(chǎn)品，由于P2優(yōu)異的電化學(xué)性能，Phostech隨即中止了其磷鐵工藝的發(fā)展而專注于水熱路線。但是水熱路線的綜合成本明顯比其它幾種固相合成路線偏高，比如P2在國內(nèi)的售價就高達20萬/噸。其高成本主要來自高鋰鹽消耗、連續(xù)式水熱斧設(shè)備以及廢水處理等環(huán)節(jié)，所以筆者個人認(rèn)為水熱法只能是固相法主流路線之外的一種補充。
筆者這里要強調(diào)的是，成本的核算不能僅僅只考慮LFP材料自身的生產(chǎn)成本，還要綜合考慮在電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)上的附加成本，比如LFP材料涂布的完好率和電芯生產(chǎn)的良品率，而這兩個方面在很大程度上又是與材料的生產(chǎn)工藝相關(guān)聯(lián)。如果綜合考量整個成本鏈，磷鐵路線無疑具有較大的綜合優(yōu)勢。
筆者認(rèn)為，合成路線的統(tǒng)一是LFP大規(guī)模商業(yè)化推廣的前提條件。以目前的技術(shù)狀態(tài)而言，LFP的生產(chǎn)工藝路線*終成熟并穩(wěn)定下來至少還得數(shù)年的時間。筆者個人認(rèn)為，磷酸鐵路線*終勝出的可能性相對較大，而水熱法可能是主流之外的一種補充。
筆者這里要指出的是，國人在十年前選擇LFP動力電池路線的時候，由于我國正極材料基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化方面的薄弱，因而嚴(yán)重地低估了LFP材料產(chǎn)業(yè)化的難度，才造成了目前國內(nèi)LFP材料和動力電池產(chǎn)業(yè)騎虎難下的尷尬局面。
