鉅大LARGE | 點擊量：5424次 | 2018年06月08日
鋰電正極材料磷酸鐵鋰的制備方法簡述
磷酸鐵鋰在自然界中以磷鐵鋰礦的形式存在，具有有序的橄欖石結構。磷酸鋰鐵化學分子式為：LiMPO4，其中鋰為正一價；中心金屬鐵為正二價；磷酸根為負三價，常用作鋰電池正極材料。磷酸鐵鋰電池的應用領域有：儲能設備、電動工具類、輕型電動車輛、大型電動車輛、小型設備和移動電源，其中新能源電動車用磷酸鐵鋰約占磷酸鐵鋰總量的45%。
二、磷酸鐵鋰作鋰電正極材料
與其他鋰電池正極材料相比，橄欖石結構的磷酸鐵鋰更具有安全、環保、廉價、循環壽命長、高溫性能好等優點，是最具潛力的鋰離子電池正極材料之一。
安全性能高
磷酸鐵鋰晶體中有穩固的P-O鍵，難以分解，在過充和高溫時不會結構崩塌發熱或生成強氧化物，過充安全性較高。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
循環壽命長
鉛酸電池的循環壽命在300次左右，使用壽命在1~1.5年之間。而磷酸鐵鋰電池循環次數可達2000以上，理論上使用壽命能達7~8年。
高溫性能好
磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃，而錳酸鋰和鈷酸鋰只有200℃左右。
環保
磷酸鐵鋰電池一般被認為不含重金屬和稀有金屬，無毒，無污染，是絕對的綠色環保電池。
磷酸鐵鋰作為正極材料的充放電作用機理不同于其他傳統材料，其充放電參與電化學反映的是磷酸鐵鋰的磷酸鐵兩相，充放電反應如下：
充電反應：
放電反應：
充電時，Li+從LiFePO4中脫離出來，Fe2+失去一個電子變成Fe3+；放電時，Li+嵌入磷酸鐵中變成LiFePO4。Li+的變化發生在LiFePO4/FePO4界面，因此其充放電曲線非常平坦，電位也較穩定，適合做電極材料。
三、磷酸鐵鋰的制備
制備磷酸鐵鋰的原料豐富。部分常見鋰源、鐵源、碳源、磷源如下：
磷酸鐵鋰粉體的制備在一定程度上會影響其作為正極材料的性能。目前制備磷酸鐵鋰的方法很多，如高溫固相反應法、碳熱還原法以及尚未規模化的水熱法、噴霧熱解法、溶膠-凝膠法、共沉淀法等。
1.高溫固相反應法
高溫固相反應法是制備磷酸鐵鋰是目前發展最為成熟也是使用最廣泛的方法。將鐵源、鋰源、磷源按化學計量比均勻混合干燥后，在惰性氣氛下，首先在較低溫度（300~350℃）下燒結5~10h，使原材料初步分解，然后再在高溫（600~800℃）下燒結10~20h得到橄欖石型磷酸鐵鋰。
高溫固相法合成磷酸鐵鋰工藝簡單，制備條件容易控制，缺點是晶體尺寸較大，粒徑不易控制、分布不均勻，形貌也不規則，產品倍率特性差。
2.碳熱還原法
碳熱還原法是在原材料混合中加入碳源（淀粉、蔗糖等）做還原劑，通常和高溫固相法一起使用，碳源在高溫煅燒中可以將Fe3+還原為Fe2+，避免了反應過程中Fe2+變成Fe3+，使合成過程更加合理，但是反應時間相對較長，對條件的控制更為嚴苛。
3.噴霧熱解法
噴霧熱解法是一種得到均勻粒徑和規則形狀的磷酸鐵鋰粉體的有效手段。前驅體隨載氣噴入450~650℃的反應器中，高溫反應后得到磷酸鐵鋰。噴霧熱解法制備的前驅體霧滴球形度較高、粒度分布均勻，經過高溫反應后會得到類球形的磷酸鐵鋰。磷酸鐵鋰球形化有利于增加材料的比表面積，提高材料的體積比能量。
4.水熱法
水熱法屬于液相合成法，是指在密封的壓力容器中以水為溶劑，通過原料在高溫高壓的條件下進行化學反應，經過濾洗滌、烘干后得到納米前驅體，最后經高溫煅燒后即可得到磷酸鐵鋰。水熱法制備磷酸鐵鋰具有容易控制晶型和粒徑，物相均一，粉體粒徑小，過程簡單等優點，但需要高溫高壓設備，成本高，工藝比較復雜。
除上述方法外還有共沉淀法、溶膠-凝膠法、氧化-還原法、乳化干燥法、微波燒結法等多種方法。
四、總結
盡管磷酸鐵鋰的制備方法較多，但是除高溫固相反應法得以工業化應用以外，大都處于實驗室研究階段。隨著對磷酸鐵鋰制備及改性等技術研究的不斷深入，磷酸鐵鋰作正極材料的產業化速度也會不斷加快。欲了解最新的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的產業化進展，請報名參加10月16-17日召開的2017能源顆粒材料制備及測試技術研討會！屆時中南大學胡國榮教授將與您分享《鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的產業化進展》的報告。
中南大學冶金與環境學院輕金屬及工業電化學研究所所長，先進電池材料教育部工程研究中心副主任，中國化學與物理電源協會理事，中國鋰電池協會理事，國際電源商情編委，鋰電池通訊編委。
主要從事電化學理論與應用、能源材料等方面的研究，在鋰離子電池正極材料的研發和產業化工作發明取得了突出成果。曾主持和參加國家及省部級科研項目20余項,包括國家發改委重大產業化專項一項，國家科技部“863”項目一項，負責國家科技支撐計劃項目一項，國家級火炬計劃項目一項以及湖南省重點科技項目多項。在鋰離子電池正極材料的產業化方面取得了突出成果，成功實現鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰的產業化。
關于2017能源顆粒材料制備及測試技術研討會
本次會議旨在為國內外相關學者、產業界人士在能源顆粒材料應用方面的研究提供溝通平臺，強化行業信息交流，為鋰電池、電容器、燃料電池、電動汽車電池技術突破做出貢獻。
主辦單位：中國顆粒學會能源顆粒材料專委會、中國粉體網
協辦單位：紐倫堡會展（上海）有限公司
贊助單位：細川密克朗(上海）粉體機械有限公司、丹東百特儀器有限公司、江蘇密友粉體新裝備制造有限公司
支持單位：中國科學院寧波材料技術與工程研究所、中國科學院過程工程研究所、清華大學、中國科學院物理研究所、中國科學院大連化學物理研究所、中國電池工業協會、中國超級電容產業聯盟、東莞市億富機械科技有限公司、石家莊日加粉體設備科技有限公司、江蘇高準智能裝備有限公司、臨朐縣追日機電設備有限公司、廣州中卓智能裝備有限公司、深圳市博億化工機械有限公司、馬爾文儀器有限公司、新鄉市豪邁機械設備有限公司、江蘇前錦爐業設備有限公司
會議亮點
亮點一：能源顆粒材料政策性解讀；
亮點二：站在顆粒制備的角度，審視鋰電池、鈉電池、超級電容器、燃料電池等核心能源材料的優劣；
亮點三：探討新型能源顆粒（如石墨烯、碳納米管、三元鋰電正極、鈉離子電池電極、金屬鋰）技術及其在能源存儲與轉化行業中的應用；
亮點四：能源顆粒材料領域及產業領軍人物的最新技術成果交流；
亮點五：展覽和會議結合，鋰電材料、超級電容器制造裝備、檢測技術及應用一站式展示。
亮點六：項目對接。國內多家鋰電池，鋰電材料生產企業，新建項目負責人現場進行原材料，設備，儀器的采購咨詢。
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