Lithium-Eisenphosphat – IBUvolt® LFP

Kathodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien

IBUvolt® LFP ist ein Kathodenmaterial zur Anwendung in modernen Batterien. Durch die hohe Stabilität gilt LFP (Lithium-Eisenphosphat, LiFePO4) als besonders sicheres Batteriematerial und kommt in der Elektromobilität, bei stationären Energiespeichern und in Akkus verschiedenster weitere Anwendungen zum Einsatz.

Seit mehr als 10 Jahren wird am IBU-tec Standort in Weimar LFP produziert. Das jetzt als IBUvolt® LFP erhältliche Kathodenmaterial ist das Ergebnis umfassender Produkt- und Prozessentwicklung, in der wir durch jahrelange Erfahrung in der thermischen Verfahrenstechnik ein qualitativ hochwertiges Kathodenmaterial mit exzellenter Schnellladefähigkeit und herausragender Langzeitstabilität über viele Ladezyklen hinweg und anbieten können.

Entwickelt für außergewöhnliche Zyklenlebensdauer: mehr als 10.000 Lade- und Entladezyklen

Schnelles Laden der Batterie: 80% SOC bei 5C

Verbesserte Leitfähigkeit: Geringere thermische Verluste während der Lade- und Entladezyklen

Skalierbarer, kontinuierlicher Produktionsprozess: Effiziente Synthese mit weniger Neben- und Abfallprodukten

LFP in verschiedenen Partikelgrößenverteilungen

IBUvolt® wird in zwei Partikelgrößenverteilungen angeboten – als LFP200 und LFP400. Bei LFP400 handelt es sich um eine gröbere Form von LFP Pulver (d99 ~40µm) mit guter volumetrischer Energiedichte (Wh/L), sehr guter spezifischer Leistung (W/g) und exzellenter Zyklenlebensdauer. LFP200 ist eine feinere Form (d99 ~20µm) des LFP. Durch ein Vermischen mit gröberen Batteriepulvern wie unserem LFP400 lässt sich eine höhere Verdichtung zur Verbesserung der volumetrischen Energiedichte der Elektrode erreichen, was zu Vorteilen für die Leistung der Batterie führen kann. Eingesetzt werden können die beiden Batteriematerialien etwa in einem Verhältnis von 1:4.

 IBUvolt® LFP400IBUvolt® LFP200LFP400 : LFP200 (4:1)
Partikelgröße d50 [µm]11,15,88
Partikelgröße d99 [µm]37,919,133
Stampfdichte [g/cm³]1,0 – 1,40,9 – 1,31
Elektrodendichte [g/cm³]≥ 2,3*≥ 2,1*≥ 2,4*
Spezifische Kapazität [mAh/g]≥ 149tbd≥ 147
Energiedichte [Wh/l]1131tbd> 1165
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* Beispiel für Labortestzellen

Produktion unseres Lithium-Eisenphosphats

Seit über 10 Jahren ist IBU-tec an der Entwicklung und Produktion von LFP-Kathodenmaterial beteiligt. Die Ausgangsmaterialien durchlaufen zuerst eine Sprühtrocknung, werden im Drehrohrofen veredelt und anschließend vermahlen: eine hervorragende Produktionsleistung mit hoher Qualität.

Langlebigkeit und Zyklenstabilität von IBUvolt® LFP

IBUvolt® LFP erhält seine Kapazität über tausende Ladezyklen – eine vergleichsweise lange Lebensdauer. Somit werden bei vergleichbaren Anschaffungskosten die spezifischen Kosten pro Ladezyklus oder Kilometer durch eine deutlich längere Betriebszeit um bis zu 50 % reduziert. Zudem bietet die LFP-Batterie durch ihre hohe thermische Stabilität eine größere Sicherheit vor Bränden als alternative Kathodenmaterialien – Die Gefahr unkontrollierbarer Batteriebrände ist deutlich reduziert – ein eindeutiger Vorteil für den Einsatz in Transportmitteln und großen stationären Energiespeichern.

Partikelgröße und Effizienz in der Herstellung der Batterie

IBUvolt® LFP wurde für eine gute Verarbeitbarkeit bei der Produktion von Batteriezellen im industriellen Maßstab optimiert. Durch das Herstellungsverfahren entstehen runde Granulate mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 11 µm und 6 µm für LFP400 und LFP200 respektive.

Der vergleichsweise hohe Kohlenstoffgehalt von 3,5 – 3,9 Gew.-% führt zu dem Vorteil einer hohen elektrischen Leitfähigkeit. In der Batteriezelle sinkt dadurch der Innenwiderstand und weniger elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt. Das erhöht die Energieeffizienz und Sicherheit im Vergleich zu anderen LFP Produkten mit geringerer Leitfähigkeit. Weiterhin ermöglicht es der hohe Kohlenstoffgehalt von IBUvolt® LFP, weniger Leitruß bei der Kathodenfertigung einzusetzen was Ersparnissen bei den Kosten für die Zellproduktion bedeutet.

Batterie-Ladegeschwindigkeit

Im Vergleich zu anderen Lithium-Eisenphosphat-Marken zeigt IBUvolt® LFP eine deutlich höhere Ratenstabilität beim Ladevorgang. Somit können höhere Ladeströme eingesetzt werden, was besonders beim Einsatz im Automobilbereich gewünscht ist. Mit prismatischen Testzellen konnten innerhalb von 12 min über 80 % der Zellkapazität beladen werden. 

Hintergrund zu Lithium-Eisenphosphat-Batterien

Energiespeichersysteme sind eine wertvolle Schlüsseltechnologie, um nicht auf die Nutzung fossiler Rohstoffe zur Energiegewinnung angewiesen zu sein und andere Quellen, wie z. B. Windkraft und Photovoltaikanlagen nutzen zu können. Aktuell erhältliche Speicher basieren größtenteils auf der bewährten Lithium-Ionen Batterietechnologie. Lithium-Ionen Akkumulatoren bestehen aus vier Grundkomponenten, die die Zellen der Batterie bilden: Kathode, Anode, Separator und Elektrolyt. IBU-tec verfügt über eine langjährige Erfahrung bei der Herstellung von Lithium Eisenphosphat Kathodenmaterial (LFP bzw. LiFePO4).

Beim Laden einer Lithium-Ionen-Batterie beziehungsweise von Lithium-Ionen-Akkus werden Lithium-Ionen durch die Elektrolytschicht von der Kathode zur Anode transportiert. In der Anode, die häufig aus Graphit oder anderen Kohlenstoffreichen Materialien besteht, erfolgt die reversible Einlagerung des Lithiums unter Aufnahme von Elektronen. Beim Entladen der Batterie kehrt sich dieser Prozess um. Die Lithium-reiche Anodenschicht gibt Elektronen ab und die entstehenden Lithium-Ionen werden zur Kathode transportiert. Der dabei entstehende Stromfluss kann von elektrischen Verbrauchern genutzt werden. Dieser Zyklus kann bei Akkus mehrfach durchlaufen werden, wobei jedoch gewisse Memory-Effekte unausweichlich sind. Je hochqualitativer die Batterie und die in ihr verwendeten Materialien wie das Lithium-Eisen-Phosphat, desto höher kann die Lebensdauer sein.

Als Kathodenmaterial in modernen Batterien gewinnt Lithium-Eisenphosphat immer stärker an Bedeutung. Je nach Endanwendung und Einsatzgebiet – sei es im Bereich E-Mobilität oder bei stationären Energiespeichern – ergeben sich unterschiedliche Anforderungen.

Die Bezeichnung LFP leitet von der Summenformel LiFePO4 ab. LFP-Kathoden sind frei vom Schwermetall Nickel und dem kritischen Rohstoff Kobalt. Im Vergleich zu anderen Kathodenmaterialien zeigt LFP zudem Vorteile bei Langlebigkeit und Sicherheit.