磷酸鐵鋰離子電池正極材料的生產(chǎn)方法

磷酸鐵鋰離子電池(磷酸鐵鋰)(LFP，也被稱(chēng)為鋰鐵磷)是一種鋰離子電池，它使用磷酸鐵鋰作為正極材料，工作原理與鋰離子電池相同。

磷酸鐵鋰離子電池

LiFePO4的正確公式是LiMPO4(M可以是任何金屬，如Fe、Co、Mn、Ti等)。

其物理結(jié)構(gòu)為橄欖石結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上看，可用于鋰離子電池的負(fù)極材料有AyMPO4、li1-xmfepo4、LiFePO4MO等。

它的特點(diǎn)是貴重元素缺乏，原材料價(jià)格低廉，地球上磷、鐵、鋰資源豐富，所以在材料供應(yīng)上不存在大問(wèn)題。

鋰離子電池除了具有鋰離子電池的一般特性外，還具有工作電壓適中(3.2v)、容量大(170mAh/g)、放電功率高、充電速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)(可達(dá)2000倍)、高溫高熱環(huán)境穩(wěn)定性好等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。

磷酸鐵鋰離子電池正極材料的生產(chǎn)方法

1.碳熱還原法

碳熱還原過(guò)程是高溫固相法,相對(duì)容易工業(yè)化合成方法,大多數(shù)與磷酸二氫鋰(LiHPO4)、氧化鐵(Fe2O3)或四氧化三鐵、蔗糖為原料,混合后,高溫空氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下煅燒魚(yú)、碳三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵,它是由碳熱還原法合成磷酸亞鐵鋰。

優(yōu)點(diǎn):解決了原料混合過(guò)程中可能引起的氧化反應(yīng)，使合成過(guò)程更加合理，提高了材料的導(dǎo)電性。

缺點(diǎn):反應(yīng)時(shí)間相對(duì)過(guò)長(zhǎng)，溫度難以控制，對(duì)產(chǎn)品一致性要求較嚴(yán)的控制條件，難以適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)。

2.水熱合成

水熱合成法屬于濕法法，是以可溶性鐵鹽、鋰鹽和磷酸為原料，在水熱條件下直接合成LiFePO4。由于水熱系統(tǒng)中氧的溶解度低，合成水熱系統(tǒng)LiFePOA供應(yīng)了良好的惰性環(huán)境。

優(yōu)點(diǎn):水熱法可在液相中制備超細(xì)顆粒，原料可在分子水平上混合。具有物相均勻、粒度小、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并具有易批量生產(chǎn)、批量穩(wěn)定性好、原料廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在生產(chǎn)過(guò)程中不要惰性氣體。

缺點(diǎn):水熟法制備的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中經(jīng)常存在鐵的位錯(cuò)，導(dǎo)致亞穩(wěn)態(tài)FePO，影響了產(chǎn)物的化學(xué)和電化學(xué)性能。同時(shí)也存在粒度不均勻、相位不純、設(shè)備投資大(高溫高壓反應(yīng)器設(shè)計(jì)制造難度大、成本高)、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。

3.此外，溶膠-凝膠法、液相共沉淀法和微波合成法也被用于制備LFP原料。

這些過(guò)程都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),但目前通過(guò)改進(jìn)的過(guò)程,應(yīng)用更廣泛或三之前,在美國(guó)和加拿大Phostech公司固相方法,公司在美國(guó)的價(jià)碳熱還原法、LG化學(xué)使用持續(xù)的水熱合成方法。

導(dǎo)電碳涂層是制備LiFePO2的關(guān)鍵技術(shù)。A123通過(guò)在箔體表面預(yù)先施加高質(zhì)量的導(dǎo)電碳層，有效降低了電池的內(nèi)阻，提高了磷酸鐵鋰離子電池的大比例放電能力。