磷酸铁锂材料介绍

磷酸铁锂(LFP)演讲：吴超时间：2015年7月22日江苏楚汉新能源科技有限公司内容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技术指标江苏楚汉新能源科技有限公司一、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简介江苏楚汉新能源科技有限公司LFP充放电时晶体结构江苏楚汉新能源科技有限公司LFP有如下优点氧离子与P5+通过强的共价键结合形成(PO)43+，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140mAh·g-1以上，并且结构不被破坏，与LiCoO2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江苏楚汉新能源科技有限公司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公司所有江苏楚汉新能源科技有限公司2010年，加拿大魁北克水电等公司起诉中国LFP专利侵权江苏楚汉新能源科技有限公司二、LFP制备及改性方法2.1LFP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微波法江苏楚汉新能源科技有限公司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江苏楚汉新能源科技有限公司优点：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：江苏楚汉新能源科技有限公司热炭还原法Fe2O3Li2CO3，C(NH4)2HPO4高温焙烧LFP主要反应为：江苏楚汉新能源科技有限公司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江苏楚汉新能源科技有限公司溶胶-凝胶法Li3PO4H3PO4柠檬酸溶于水，后在60℃干燥凝胶高温焙烧LFP江苏楚汉新能源科技有限公司优点：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：江苏楚汉新能源科技有限公司水热法Li3PO4Li2HPO4Fe3(PO4)2·5H2O高温，高压LFP江苏楚汉新能源科技有限公司特点：不需要保护气氛材料的晶型和晶粒比较容易控制高温高压反应容器江苏楚汉新能源科技有限公司共沉淀法LiH2PO4FeSO4·7H2O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。江苏楚汉新能源科技有限公司微波法LiOH·H2OFeC2O4·2H2O(NH4)2HPO4·H2O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。江苏楚汉新能源科技有限公司机械合金法脉冲激光沉积法模板法……其它制备方法江苏楚汉新能源科技有限公司2.2LFP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掺杂高价金属离子江苏楚汉新能源科技有限公司Fe2+易被氧化为Fe3+，产生Li3Fe2(PO4)3或LiFe(P2O7)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10-8S·cm-1，而LiCoO2约为10-3S·cm-1，LiMn2O4约为10-5S·cm-1LFP在合成和实用化过程中存在如下问题江苏楚汉新能源科技有限公司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(Fe2O3,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江苏楚汉新能源科技有限公司不可逆容量自放电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，刺穿隔膜江苏楚汉新能源科技有限公司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江苏楚汉新能源科技有限公司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Nb5+、Ti4+、Zr4+、Al3+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江苏楚汉新能源科技有限公司径向模型马赛克模型三、LFP与锂反应机理江苏楚汉新能源科技有限公司径向模型江苏楚汉新能源科技有限公司马赛克模型江苏楚汉新能源科技有限公司四、LFP理论容量计算计算公式其中e=1.602*10-19c，N=6.02*1023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*NC=(e*N*n*1000)/(t*M)江苏楚汉新能源科技有限公司1020304050607080Intensity(a.u)2(Degree)PDF#81-1173:LiPO3博瑞特(山东)LFP表征江苏楚汉新能源科技有限公司江苏楚汉新能源科技有限公司-200204060801001201401601802.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4SpecificCapacity/mAhg-1Potential/V(a)1st2nd-10010203040506090100110120130140150160170CycleNumberDischargecapacity/mAhg-1(b)江苏楚汉新能源科技有限公司2.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0Potential(V)Current(mA)1st江苏楚汉新能源科技有限公司五、LFP技术指标江苏楚汉新能源科技有限公司江苏楚汉新能源科技有限公司江苏楚汉新能源科技有限公司江苏楚汉新能源科技有限公司O(∩_∩)O谢谢！