磷酸铁锂材料介绍

单击此处编辑母版标题样式JIANG,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,江苏楚汉新能源科技有限公司,磷酸铁锂(,LFP,),演 讲,：,吴,超,时 间：,2015年,7,月,22,日,1,内容,LFP简介,LFP制备及改性方法,LFP,与,锂离子反应机理,LFP,理论容量计算,LFP技术指标,2,一、,LFP简介,1997年，美国德克萨斯州大学的Goodenough教授首先报道了LFP作为锂离子电池正极材料研究结果，并申请了一系列相关专利。,橄榄石LFP的晶体结构,1,.,1,简介,3,LFP充放电时晶体结构,4,LFP有如下优点,氧离子与P,5+,通过强的共价键结合形成(PO),4,3+,，即便是在全充态，O原子也很难脱出，提高了材料的稳定性和安全性；,LFP,在小电流充放电下实际比容量可以达到 140mAhg,-1,以上，并且结构不被破坏，与LiCoO,2,的比容量相当；,安全性能好；,循环性能优越；,耐过充性能好，有利于电池组合使用,5,1,.,2,专利,LFP电池和材料领域有两大核心技术专利,包覆碳技术，由加拿大Phostech公司独家使用权，,并且已经在我国申请专利,碳热还原技术，由美国A123公司所有,6,2010年，,加拿大魁北克水电等公司,起诉中国LFP专利侵权,7,二、,LFP制备及改性方法,2.1,LFP制备方法,高温固相烧结法,炭热还原法,溶胶-凝胶法,水热法,共沉淀法,微波法,8,高温固相烧结法,亚铁盐(醋酸亚铁或草酸亚铁),磷酸氢氨,锂盐(碳酸锂或氢氧化锂),预加热,前躯体,高温焙烧,LFP,9,优点,：,设备和工艺简单,制备条件易于控制，便于实现工业化,物相不均匀，形貌不规则,晶体颗粒粒度分布范围较窄，且煅烧时间长,制备过程需保护气氛，使成本增加,缺点,：,10,热炭还原法,Fe,2,O,3,Li,2,CO,3,，C,(NH,4,),2,HPO,4,高温焙烧,LFP,主要反应为：,11,制备时加入过量的炭，多余的C在LFP产物中起导电剂作用,产物有较好的微观形貌,特点,12,溶胶-凝胶法,Li,3,PO,4,H,3,PO,4,柠檬酸,溶于水，后在60干燥,凝胶,高温焙烧,LFP,13,优点,：,化学均匀性好，纯度高,颗粒细，不沉淀,凝胶干燥时收缩性大,粉体材料的烧结性不好,缺点,：,14,水热法,Li,3,PO,4,Li,2,HPO,4,Fe,3,(PO,4,),2,5H,2,O,高温，高压,LFP,15,特点：,不需要保护气氛,材料的晶型和晶粒比较容易控制,高温高压反应容器,16,共沉淀法,LiH,2,PO,4,FeSO,4,7H,2,O,溶于水，LiOH,苍灰色沉淀,高温焙烧,LFP,特点：,产物颗粒均匀、纯度高，化学组成形貌和颗粒度容易控制。但是反应后需要沉淀、过滤、洗涤等，工艺过程较长。,17,微波法,LiOH,H,2,O,FeC,2,O,4,2H,2,O,(NH,4,),2,HPO,4,H,2,O,微波炉,LFP,特点：,反应时间短，能耗低，颗粒均匀等优点。但是产物的颗粒度常在微米级以上，且形貌较差。,18,机械合金法,脉冲激光沉积法,模板法,其它制备方法,19,2.,2,LFP改性方法,LFP纯度的控制,粒径控制及提高材料振实密度,表面包覆导电材料,掺杂高价金属离子,20,Fe,2+,易被氧化为Fe,3+,，产,生Li,3,Fe,2,(PO,4,),3,或LiFe(P,2,O,7,)杂质,高温合成时粒径均匀性较差，振实密度低,LFP电导率低，在室温下约为10,-8,S,cm,-1,，而LiCoO,2,约为,10,-3,S,cm,-1,，LiMn,2,O,4,约为,10,-5,S,cm,-1,LFP在合成和实用化过程中存在如下问题,21,金属单质(Fe,Zn,Ni,Cu等)，在高电压下溶解沉积到负极表面，情况严重会刺破隔膜，导致短路或自放电,氧化物(Fe,2,O,3,ZnO)，电池系统中有微量水分和HF，因此氧化物会溶解，然后沉积于负极表面,金属和金属氧化物杂质,22,不可逆容量,自放电,SEI膜一,致性不好，导致存储性能和循环性能不好,这些杂质对电池性能影响从低到高分为：,内部短路，刺穿隔膜,23,主要是控制合成过程中的惰性或还原气氛,减少粒径的方法有控制煅烧温度，用超细导电粒子作为成核促进剂，以及合成时采用均相前躯体,提高粉体材料的振实密度可通过颗粒形貌，粒径及其分布等,LFP纯度控制,粒径控制及提高材料振实密度,24,碳材料(炭黑，乙炔黑，葡萄糖，聚丙烯等),金属粉末(Cu，Al或Ag等),LFP中添加Nb,5+,、Ti,4+,、Zr,4+,、Al,3+,等，材料电导率提高4到6个数量级,表面包覆导电材料,掺杂高价金属离子,25,径向模型,马赛克模型,三,、,LFP与锂反应机理,26,径向模型,27,马赛克模型,28,四,、,LFP理论容量计算,计算公式,其中,e=1.602*10,-19,c，N=6.02*10,23,个/mol，,n是,化合价的变化，,M是摩尔质量,(LFP为157.76),。,F是法拉第常数,(96500c/mol)，F=e*N,C=(e*N*n*1000)/(t*M),29,博瑞特(山东) LFP 表征,30,31,五,、,LFP技术指标,32,33,34,35,O(_)O谢谢！,36,