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    磷酸鐵鋰制備工藝介紹

    發布時間:2023-03-29 15:34:00 點擊:

    磷酸鐵鋰具有橄欖石結構,循環性能好、電化學性能穩定、價格低廉等特點,常用作動力鋰離子電池正極材料。
    磷酸鐵鋰的分子表達式為LiFePO4 ,其在鋰電池充放電過程中的作用原理為:
    當鋰電池充電時,鋰離子Li+從磷酸鐵鋰正極材料LiFePO4 中脫離,穿過電池隔膜和電解液后嵌入負極材料,完成充電過程,失去Li+的LiFePO4變成脫鋰產物—磷酸鐵FePO4。
    當鋰電池放電時,Li+從負極材料中脫離,穿過電池隔膜和電解液后回到正極材料,FePO4在Li+嵌入后變回LiFePO4 ,完成放電過程。



    磷酸鐵鋰制備工藝多樣,主要分為固相法,液相法這兩大主流工藝。固相法是目前最成熟也是應用最廣的磷酸鐵鋰合成方法,液相法工藝難度較大。今天小編給大家介紹幾種磷酸鐵鋰制備工藝方法:

    1.固相法---草酸亞鐵工藝路線





    鋰鹽: 碳酸鋰LiCO3、氫氧化鋰 LiOH、醋酸鋰CH3COOLi,

    鐵源:草酸亞鐵FeC2O4.H2O;草酸亞鐵Fe(CH3COO)2,

    磷源 : 磷酸二氫銨 NH4H2PO4、磷酸氫二銨 (NH4) 2HPO4

    固相法---草酸亞鐵工藝路線優缺點


    優點:目前最主流的生產路線,工藝簡單,易實現產業化。
    缺點:
    1、 草酸亞鐵純度低,副產品FeSO4 很多,放置一段時間三價鐵會比較多。
    2、 草酸亞鐵原料形貌控制非常困難,導致成品磷酸鐵鋰加工性能較差。
    3、 由于采用三種原料,混料的均勻性控制差,容易氧化,對燒結爐的氣氛保護氣筒要求較高。
    4、 工藝路線能耗高,生產周期長,排除的氨氣有污染,產品的燒成率低 于50%,成品率過低。

    2.碳熱還原法---磷酸鐵工藝路線



    鋰鹽:碳酸鋰Li?CO?、氫氧化鋰LiOH、醋酸鋰CH?COOLi

    鐵源和磷源 :磷酸鐵FePO? ·4H?O

    碳源:葡萄糖、蔗糖、酚醛樹脂、炭黑等

    代表企業:湖南裕能,國軒高科、湖北萬潤,安達科技,龍蟠科技,豐元鋰能等

    磷酸鐵工藝路線的優缺點:

    優點:

    1、 可實現一次球磨、 一次干燥和一次燒結,工藝簡單,能耗少;

    2、 燒成率接近70%,原材料易混合均勻,顆粒較細;

    缺點:

    1、磷酸鐵鋰材料性能嚴重依賴磷酸鐵原料的品質,原材料的鐵磷比不可控。

    2、 磷酸鐵一項就達到原料成本的50%以上,必須大幅消減成本,才能讓其優質的電性能和市場價格相匹配。

    3.碳熱還原法---鐵紅工藝路線



    鋰源和磷源:磷酸二氫鋰LiH?PO?

    碳源:葡萄糖、蔗糖、酚醛樹脂、炭黑等

    鐵紅工藝路線的優缺點:


    優點:

    1、原料成本低

    2、該工藝路線生產的磷酸鐵鋰形貌可控,加工性能最好,

    3、 因采用兩種原料,混料均勻性控制較好,無需考慮三價鐵源在干燥過程中的氧化問題,穩定性控制較好。只需要采用一次燒結,工藝流程簡單,易控制,成品率高達80%左右。    

    缺點:

    1、氧化鐵紅雜質較高,純度很難高于99%;

    2、磷酸二氫鋰中的磷酸根和鋰不易實現準確化學計量比。

    3、容量是最差的,產品性價比偏低。

    4.液相法--水熱法



    鋰鹽:碳酸鋰Li?CO? 、氫氧化鋰 LiOH、 醋酸鋰CH?COOLi

    鐵源:硫酸亞鐵FeSO4 ·7H2O

    磷源:H? PO?

    碳源:葡萄糖、蔗糖、酚醛樹脂、炭黑等

    水熱法工藝路線的優缺點:


    優點:
    1、原料成本低,品質容易控制,工藝重現性好;
    2、 電化學性能好,尤其是低溫性能好;     
    缺點:
    1、鋰的摩爾投入量是鐵的三倍,需考慮鋰的回收,回收成本高;

    2、對反應釜的溫度、壓力、耐腐蝕性能等要求高,難以大規模批量生產。


    不同生產路線比較

    (1)草酸亞鐵路線仍然是目前最主流的合成路線,但設備依存度較高,生產周 期比較長,形貌調控問題是該路線的難點,導致穩定性不理想。

    (2)氧化鐵工藝路線比較成熟,產業化基礎強,穩定性好,成本和性能方面都 有較大的優勢;

    (3)磷酸鐵路線成本比較高,僅磷酸鐵一項就達到原材料成本的50%以上,必須大幅削減成本,才能讓其優質的電性能和市場價格相匹配。
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