磷酸铁锂的制备及应用.ppt

磷酸亚铁锂的制备及其应用 LiFePO4的制备及其应用 LiFePO4的特点 LiFePO4电池电化学反应机理 LiFePO4的制备方法 高温固相合成 锂离子电池的应用与发展 磷酸亚铁锂电池的应用与发展 LiFePO4的特点 理论容量：170mAh/g 电压平台：3.5V 质量密度：3.64g/cm3 无污染 低电流密度下LiFePO4中的Li+几乎可以100%嵌入/脱嵌 随着工作温度的升高而增加，表现出优良的高温稳定性（60℃） LiFePO4电池电化学反应机理 LiFePO4的反应机理 LiFePO4的制备方法 高温固相合成 水热合成法 溶胶凝胶法 微波合成法 液相共沉淀法 高温固相合成 高温固相合成 优点 工艺简单 易实现产业化 缺点 研磨混合的混合均匀程度有限 要求较高的热处理温度和较长的热处理时间，能耗大 产物在组成、结构、粒度分布等方面存在较大差别材料电化学性能不易控制 采用的草酸亚铁比较贵， 而且需要大量的惰性保护气 烧结过程中产生的氨气、水、二氧化碳，会产生碳酸氢铵晶体颗粒，造成产品的污染 水热合成法 水热合成法 优点 过程简单 物相均匀 粉体粒径小 缺点 需要大型耐高温、 高压反应器，难度大 ，造价高 使用LiOH作沉淀剂，这需要多消耗LiOH，增加原料的成本 容易形成亚稳态FePO4 溶胶凝胶法 溶胶凝胶法 优点 前驱体溶液化学均匀性好 凝胶热处理温度低 粉体颗粒粒径小、分布窄 粉体烧结性能好 反应过程易于控制 设备简单 能有效的提高产物的纯度及其结晶性能 缺点 干燥收缩大 工业化生产难度较大 合成周期较长 微波合成法 微波合成法 优点 热能利用率高、加热温度均匀 操作简单、合成时间短 省去惰性气体保护 缺点 过程难于控制 设备投入较大，难于工业化 液相共沉淀法 液相共沉淀法 优点 廉价且无污染 制得的颗粒细小、均匀 缺点 受沉淀条件的限制，原料的选择范围小 生产工艺的复杂 存在沉淀废液处理问题 ，使其实际应用受到了限制 高温固相合成 高温固相合成具有工艺简单、易实现产业化等特点，受到磷酸亚铁锂制造厂商的青睐，成为了现在工业上最常用的一种合成方法。 高温固相合成 高温固相合成 FeC2O4·2H2O具有独特的性质，常温下，FeC2O4中的Fe2+具有很强的稳定性，不会轻易被氧化成Fe3+，因而在前期的LiFePO4的制备中，成为最常用的铁源材料； 目前由于草酸亚铁的价格等问题，现在趋向于使用廉价的三价铁作为铁源的研究，目前使用的铁源偏向FePO4。 高温固相合成 前躯体制备，是将称好的原料进行充分的混合。 前躯体的制备主要有：球磨、研磨、液相法等。 其中研磨法和球磨法相比，研磨法制备得到的前躯体，最后得到的磷酸亚铁锂的颗粒要相对细一些。 而由液相法得到前躯体材料，可以从分子级别对原料进行混合，在一定程度上缓解了球磨法在原料混合程度上有限的问题。 高温固相合成 高温固相合成 对于高温焙烧，目前公认的方法是二段焙烧。 第一个阶段：原料的分解，此时的温度约为380℃； 第二个阶段：LiFePO4的生成阶段，此时的温度一般在600~850℃范围内。 高温固相合成 高温固相合成 高温焙烧得到LiFePO4，其颗粒的团聚很严重，这时就需要对其进行破碎。 实验室采用球磨和研磨进行破碎。 而市场上有专门针对磷酸亚铁锂的粉碎机。 高温固相合成 高温固相合成 由高温固相法得到的LiFePO4，粒径分布范围很广，这时需要筛选与分级，选择出合乎要求的LiFePO4。 锂离子电池的发展前景 伴随着手机、笔记本电脑、数码相机、数码摄像机、数码播放器、蓝牙耳机等日常使用的便携式产品的普及化，以及纯动力汽车（BEV）在未来几年的发展，二次电池的需求量将不断增加。预测在今后10年内，全球锂离子电池的总需求量将增加约200%。 锂离子电池的发展前景 锂离子电池的发展前景 锂离子电池的发展前景 从表中也可以看出，从2009年~2018年，磷酸亚铁锂的复合增长率高达57.25%，具有很好的发展前景。 磷酸亚铁锂电池的特点 高效率输出：标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电(10S)可达20C； 高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好； 安全性最好：电池内部或外部受到伤害，也不燃烧、不爆炸； 极好的循环寿命：经500次循环，其放电容量仍大于95%； 过放电到零伏也无损坏； 可快速充电； 低成本； 对环境无污染。 磷酸亚铁锂电池的应用 大型电动车辆：公交车、电动汽车、景点游览车等； 轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电