磷酸鐵鋰電極材料主要用于各種鋰離子電池。
自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A為堿金屬,,M為CoFe兩者之組合:LiFeCOPO4)的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后, 1997年美國德克薩斯州立大學(xué)John. B. Goodenough等研究群,,也接著報導(dǎo)了LiFePO4的可逆性地遷入脫出鋰的特性,美國與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)(LiMPO4), 使得該材料受到了極大的重視,,并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展,。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料,尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4和層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2相比,,LiMPO4 的原物料來源更廣泛,、價格更低廉且無環(huán)境污染。
1.高能量密度,,其理論比容量為170mAh/g,,產(chǎn)品實際比容量可超過140 mAh/g(0.2C, 25°C);
2.安全性,是目前最安全的鋰離子電池正極材料,; 不含任何對人體有害的重金屬元素,;
3.壽命長。在100%DOD條件下,,可以充放電2000次以上,; (原因:磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)定性好,鋰離子的嵌入和脫出對晶格的影響不大,,故而具有良好的可逆性,。存在的不足是電子離子傳導(dǎo)率差,不適宜大電流的充放電,,在應(yīng)用方面受阻,。解決方法:在電極表面包覆導(dǎo)電材料、摻雜進行電極改性,。)
4.記憶效應(yīng),;
5.充電性能,磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池,,可以使用大倍率充電,,最快可在1小時內(nèi)將電池充滿。
國內(nèi)國際磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)商:
國內(nèi):天津斯特蘭,、 北大先行 ,、湖南瑞翔,、 蘇州恒正其中天津斯特蘭現(xiàn)在材料穩(wěn)定批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn) 北大先行小批量生產(chǎn) 國際:加拿大Phostech,、美國Valence,、美國A123、日本sony. 其中A123規(guī)模最大且得到美國政府的大力資助,。
磷酸鐵鋰是一種新型鋰離子電池電極材料,。目前全球已經(jīng)有很多廠家開始了工業(yè)化生產(chǎn),國外美國Valence(威能)公司和A123(高博),,國內(nèi)天津斯特蘭,,北大先行等。其特點是放電容量大,,價格低廉,,無毒性,不造成環(huán)境污染,。世界各國正競相實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),。
但是其振實密度低,影響電容量,。
目前主要的生產(chǎn)方法為活法,,產(chǎn)品指標不穩(wěn)定。
鋰離子電池的性能主要取決于正負極材料,,磷酸鐵鋰作為鋰電池正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事,,國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的,,這些也正是動力電池最重要的技術(shù)指標,。1C充放循環(huán)壽命達2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒,,穿刺不爆炸,。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要,。具有無毒,、無污染、安全性能好,、原材料來源廣泛,、價格便宜,壽命長等優(yōu)點,,是新一代鋰離子電池的理想正極材料,。
本項目屬于高新技術(shù)項目中功能性能源材料的開發(fā),是國家“863”計劃,、“973”計劃和“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃重點支持的領(lǐng)域,。
磷酸鐵鋰電池的低溫性能是令人擔(dān)心的。盡管人們通過各種方法(例如鋰位,、鐵位,、甚至磷酸位的摻雜改善離子和電子導(dǎo)電性能,,通過改善一次或二次顆粒的粒徑及形貌控制有效反應(yīng)面積、通過加入額外的導(dǎo)電劑增加電子導(dǎo)電性等)改善磷酸鐵鋰的低溫性能,,但是磷酸鐵鋰材料的固有特點,,決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下,,對于單只電芯(注意是單只而非電池組,,對于電池組而言,實測的低溫性能可能會略高,,這與散熱條件有關(guān))而言,,其0℃時的容量保持率約60~70%,-10℃時為40~55%,,-20℃時為20~40%,。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求的。當(dāng)前一些廠家通過改進電解液體系,、改進正極配方,、改進材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升,但還未真正滿足需求,。
采用改良美國A123 Systems, Inc磷酸鐵鋰材料合成工藝方法:主要原材料為磷酸,、氫氧化鋰、草酸亞鐵,、改性摻雜劑等為原料,,采用高溫固相反應(yīng)法制備導(dǎo)電性能優(yōu)異的磷酸鐵鋰(磷酸亞鐵鋰LiFePO4),主要改進法和創(chuàng)新性有:
(1) 避開了其合成方法中使用磷酸二氫銨,,導(dǎo)致產(chǎn)生大量氨氣等有害氣體的環(huán)保性問題,。
(2) 改變了a123材料的低壓實密度、加工性能差,、合成工藝復(fù)雜,、合成成本高、設(shè)備投資大等缺點,。
(3) 采用濕化學(xué)方法,,使添加劑與鋰源、鐵源,、磷源達到充分混合,,添加劑在后續(xù)的反應(yīng)中即可以起到保護作用,也能形成對磷酸鐵鋰顆粒的包覆作用,,可以大大提高正極材料的導(dǎo)電性能,。
(4) 采用的工藝路線容易控制,工藝穩(wěn)定性好,容易實現(xiàn)大批量生產(chǎn),。
(5) 由于本技術(shù)路線使用比較低廉的大宗化工產(chǎn)品,,原料成本只是其他工藝原材料成本的1/3甚至一半,以及工藝路線改進綜合降低,。
(6) 本工藝研制的磷酸鐵鋰材料綜合性能超過進口產(chǎn)品,。
(7) 克容量>160mAh/g [1]