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【原创】磷酸铁锂二十余载的风与雪——专访中南大学胡国荣教授

长安

2023.8.30 | 点击 8219次

导读 专访中南大学胡国荣教授。

中国粉体网讯 随着碳达峰碳中和战略的贯彻实施，新能源产业发展步入快车道。正极材料作为电池成本占比最高的一部分，其市场需求迎来了爆发式的增长。2023年8月15日到16日，2023先进正极材料技术与产业高峰论坛暨第一届钠离子电池材料技术研讨会在山城重庆隆重召开，会议期间，我们邀请到了业内专家、学者，优秀企业家代表做客对话栏目，进行访谈交流。本期，我们邀请到的是中南大学的胡国荣教授。

胡国荣，中南大学冶金与环境学院教授，博士生导师，现任先进电池材料教育部工程研究中心技术委员会副主任，中国化学与物理电源协会常务理事，中国电子学会技术委员会委员，中国无机盐协会锂盐分会专家委员会委员。

主要从事锂电池正极材料的研发及产业化，在国内率先实现钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料的产业化，其科研成果孵化出多家正极材料企业。

磷酸铁锂电池市占率

2021年是磷酸铁锂电池的逆袭之年，无论是产量、销量还是动力电池装机量，磷酸铁锂电池都正式反超三元电池。往后的时间里，磷酸铁锂电池继续乘胜追击，市场占有率不断扩大，2023年上半年几乎两倍于三元电池。

对于此现象，胡教授表示，磷酸铁锂电池本身的市场发展经历了一些反复。早期磷酸铁锂占主流，2016年到2020年的时候三元反超磷酸铁锂，因为当时特斯拉推出了续航里程比磷酸铁锂高的电动汽车，使得这段时间三元成为主流。

但是中国呢，因为早期像比亚迪他们主推还是磷酸铁锂，所以他们也做了很多的改进工作，特别是在电池结构方面，这个时候宁德时代也做了很多贡献，特别是推出CTP。磷酸铁锂电池以前都有模组，CTP就是从电芯直接到PACK，把模组取消以后能量密度得以提高。后来比亚迪又推出了刀片电池，结构上得到进一步优化，电池能量密度更加提高。最近他们又推出了CTB、CTC。CTB是把电芯直接装到车身里面，CTC是把电芯装到汽车底盘，这样的话空间利用率更加高，电池能量密度也更加提升。现在磷酸铁锂电池的续航达到700公里、800公里都很常见了。所以由于这样一些改进，导致磷酸铁锂电池的能量密度大幅度提升。

还有就是，磷酸铁锂的安全性确实比三元要好很多，所以现在包括特斯拉也开始采用磷酸铁锂电池。另外，它的循环寿命也非常高。再者就是成本，中国对于三元的镍、钴都比较稀缺。

综合能量密度、成本资源和安全性、循环寿命等这几个方面的原因，磷酸铁锂电池的优势更加明显，所以它的市场份额越来越多。

磷酸铁锂工业生产路线

目前，磷酸铁锂现有的生产技术路线，像草酸亚铁路线、氧化铁红路线、磷酸铁路线等等，这些路线孰优孰劣？还有何可以改进的地方呢？

关于这个问题，胡教授表示，磷酸铁锂最早是草酸亚铁路线，后来又推出了氧化铁红路线，而现在磷酸铁路线成为了主流。当然像德方纳米还有个硝酸铁路线，此外，还有其他的一些非主流的像水热法等路线。

整体来讲，现在磷酸铁路线是主流的技术路线。磷酸铁路线之所以成为主流的技术路线，因为它本身的工艺比较环保，收率比较高，像草酸亚铁路线的话它的收率很低，只有百分之五十几，而磷酸铁路线的收率可以达到百分之九十左右。还有个关键的原因就是磷酸铁做的产品的性能非常好，所以现在像裕能、万润、比亚迪、邦普他们都选的这个路线。

此外，胡教授也提到，其他路线也有企业在做，比如说草酸亚铁路线。胡教授的一些学生们在做的，像富临精工，他们做的效果挺好，产品性能甚至比磷酸铁路线做的还有优势，比如压实密度是行业里目前最高的。但是草酸亚铁路线成本比较高，现在面临比较大的压力。氧化铁红路线的话，产品性能上要差一点，但是成本上稍微有一点优势，在储能市场等对成本比较敏感的领域还是有一定的市场份额。硝酸铁路线的话，就德方纳米一家企业在做，产品性能也不错但是环保压力比较大。

所以磷酸铁锂每个路线都有它的优缺点，但是目前从主流来看，磷酸铁路线综合起来优势更明显。

磷酸铁锂电池回收

与三元电池相比，磷酸铁锂电池回收利用率低，缺乏盈利点，甚至之前进行再生材料回收处于亏本状态，导致很少有人关注磷酸铁锂电池的回收问题，但它最终还是要回收的。关于磷酸铁锂电池的回收问题，胡教授表示，磷酸铁锂的回收，实际上在早期，特别是在2020年以前，没人关注这个东西。因为当时碳酸锂价格很低，比如说2020年碳酸锂的价格只有三万八、四万左右，那个时候磷酸铁锂价格也只有三万多块钱一吨，所以那个时候回收的话它价值不高，基本上都是回收三元材料，因为三元材料镍、钴价格高。

但是到了2022年，磷酸铁锂的回收也比较火，包括磷酸铁锂的黑粉回收价格也很贵，主要是因为碳酸锂价格很高，2022年最高的时候磷酸铁锂价格也是达到了十五六万一吨。这个时候回收磷酸铁锂主要是回收锂，因为锂的价格高，但是从环保的角度来讲，未来只回收锂，磷、铁不回收的话会产生大量的磷铁渣，目前很多做磷酸铁锂回收的企业，他们把磷铁渣都堆在那里也没来处理。

所以整个来讲，磷酸铁锂电池因为性能非常优越，循环寿命非常好，所以很多电池回收公司把回收回来的电池先是拿来做梯次利用，但梯次利用用完了以后这种电池还是要回收。哪怕未来碳酸锂价格降到四五万一吨，当然也不知道会不会有这么一天，但是碳酸锂价格下降是大势所趋，未来降到十万以下甚至五六万也是有这种可能。这个时候磷酸铁锂的价值就不高了，但不能说磷酸铁锂价值低就不回收，还是要回收。但这个时候的回收讲究一个综合回收的问题，除了锂的回收，铁、磷也要回收，现在很多企业、科研院所也在做这方面的工作。

但是目前磷铁渣的回收有个难点就是里面的铝，因为正极片是涂覆在铝箔上面的，那么磷铁渣中铝的含量比较高。如果说把铝的这个问题解决，磷酸铁的回收也是可以做到的。在这方面，胡教授的一些学生们也在做，通过把铝的含量降低基本上也能解决磷酸铁的回收问题，只不过成本稍微高一点，但是现阶段碳酸锂价格在二十几万一吨的情况下，回收还是有利可图。

当然未来的话，胡教授认为，如果说磷酸铁锂价格降得很低的时候，那可能回收这些电池就不要钱了或者倒找钱都有可能。

磷酸铁锂电池性能提升

虽然磷酸铁锂与其他锂离子电池正极材料相比，更加安全、更加环保、成本更加低廉，但是仍然存在着致命的弱点，比如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低；低温性能较差；大电流放电性能差等。那么往后磷酸铁锂电池性能提升的研究方向在哪呢？

对此，胡教授说出了自己的看法。胡教授认为，磷酸铁锂电池现在基本上已经能够满足我们的需求，当然满足的需求背后也还是有一些缺陷。比如说低温性能比较差，特别是在北方零下二三十度的时候，电池放电放不出来或者放电只有平时的百分之八十。针对这个缺点，一些电池企业包括一些车厂也做了很多的改进，包括前期预热、电池结构改变，基本上也还能够克服。当然在极端温度下，零下四五十度可能会难度比较大，不过在零下几度到零下二十度之间应该是没问题的。

还有个问题就是，磷酸铁锂电池快充的话还是有一点小问题，当然现在像比亚迪、宁德时代也做了很多工作，比如说十分钟或者五六分钟充一下可以跑个一百公里以上，应急的话还是可以的。快充要做到很完美，可能还是有一定的难度。

其他的就是从成本上来讲的话，磷酸铁锂目前价格还是偏高。虽然目前磷酸铁锂电池在电动车里面应用基本上也还可以，特别在2022年价格那么高的情况下，车厂的产量还是增长非常快。但是如果磷酸铁锂电池要大规模的应用到储能市场的话，储能市场对成本比较敏感，所以磷酸铁锂电池降本还是有迫切的需求。当然现在关键还是原材料价格太贵，如果说有朝一日碳酸锂价格能够降下来，磷酸铁锂电池的成本也能够降下来。

二十余年，专注于磷酸铁锂

据粉体网了解，胡教授研究磷酸铁锂已有二十余年，当年比亚迪第一批磷酸铁锂的样品就是由胡教授提供的。当小编问到胡教授这些年来在磷酸铁锂方面最大的成就是什么时，胡教授谦虚而又低调的表示，不能光谈及其个人，整个行业都在从事这项工作，做了很多的贡献。

中国人真正的磷酸铁锂产业化是从2004年、2005年左右开始，胡教授表示其本人从2001年就开始带学生做这方面的论文。整个全球的话，最早是1997年，Goodenough教授发明了磷酸铁锂材料，2003年左右，像美国、加拿大就开始做产业化。我们国内也差不多同步，胡教授是2004年、2005年开始做中试，比亚迪当时在实验室的电池样品，就是胡教授提供的，从几公斤、几十公斤到几百公斤。在做的过程中也经历了很多的反复，特别是技术路线的话当时也不确定，每家企业、每个科研单位选择路线也不一样。通过百花齐放、多种路线的竞争，现在的话性能提升很大，成本也大幅度下降。

胡教授还提到，2004年、2005年的时候，当时从国外，比如加拿大去买磷酸铁锂的话，报价是40万人民币以上一吨，而现在如果碳酸锂不涨价的话，像2020年磷酸铁锂也就是三四万一吨。所以磷酸铁锂通过这20年的发展，性能得到了大幅度提升，成本有了大幅度下降。

此外，磷酸铁锂产业的发展也带动了一些其他行业的发展，胡教授举了个例子，比如说装备行业，现在砂磨机行业就是被磷酸铁锂拉动起来的。砂磨机行业技术进步也很快，早期容量可能就几十升，现在已经做到了上千升的大型化。同时，砂磨机价格也大幅下降，原来一台几十升的砂磨机都要几百万，现在一千升的砂磨机可能也就只要两三百万。此外，包括窑炉装备，还有干燥装备等等，还有产线的自动化，磷酸铁锂整个行业的进步应该是非常大的，这也是中国整个电池、电池材料产业发展的一个缩影。那么为什么国外没有做起来，因为国外这些产业不配套嘛！中国磷酸铁锂产业，从装备来、原材料来讲，基本上已全部实现国产化。中国的发展包括胡教授个人的工作，可以说是推动了整个行业发展。

胡教授近期科研成果和产业化转化

采访的最后，胡教授也是跟我们分享了他及课题组最新科研成果和产业化转化项目。

胡教授谈到，中南大学作为一个学校，在科研方面也是做了很多的工作，在应用方面做的也不错。胡教授本人也是一直从事产业化方面的工作，从早期的钴酸锂到三元、磷酸铁锂、锰酸锂，产业化进程从0到1，胡教授也都参与了过程中的很多工作，为行业做了一定贡献。

目前的话，胡教授要做的工作一方面是能不能够开发一些新一代材料，因为这也是大学的使命，它必须要创新。所以胡教授也在进行一些钠离子电池、新型电解液、固态电池方面的研究工作。

此外，胡教授针对磷酸铁锂材料现有材料进行一些改进提升，比如磷酸铁锂材料的降本工作，主要是从原材料方面做一些改变；装备方面，在装备的大型化、自动化、智能化方面做一些工作；材料性能方面，提高磷酸铁锂的压实密度、低温性能。

材料能量密度提升方面，主要是做了一些磷酸锰铁锂方面的工作。三元材料的话，主要单晶化等方面的工作。还有就是围绕着企业做一些改进工作，比如说产品的升级换代方面。

总的来说，胡教授及其团队目前的工作主要分为两方面，一个是现有产品的升级换代，第二个就是新一代、前沿产品的开发。

（中国粉体网编辑整理/长安）

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