LFP(磷酸铁锂)材料基本介绍

LFP材料知识介绍（2011.01.24）久兆新能源科技有限公司磷酸铁锂简介•什么是磷酸铁锂•磷酸铁锂的优点与缺点•如何改善缺点•如何获得磷酸铁锂磷酸铁锂简介什么是磷酸铁锂?磷酸铁锂是一种无机化合物属于正交晶系橄榄石型结构，空间群为Pnma磷酸铁锂用于锂离子电池正极材料其理论比容量为170mAh/g,产品实际比容量可超过140mAh/g主要应用在动力电池方面(HEV,EV,电动工具）磷酸铁锂简介磷酸铁锂晶体结构磷酸铁锂简介磷酸铁锂的优点原料来源丰富、价廉环境友好，不含任何对人体有害的重金属元素热稳定性好循环性能好（在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上）热稳定性好循环性能好磷铁锰矿磷酸锂铁矿脱嵌磷酸铁锂简介磷酸铁锂的缺点磷酸铁锂简介如何改善缺点磷酸铁锂简介碳包覆技术原料混合式加入磷酸铁锂简介碳包覆技术烧结结束时加入磷酸铁锂简介添加金属粒子磷酸铁锂简介导电有机物包覆磷酸铁锂简介掺杂金属离子磷酸铁锂简介如何获得磷酸铁锂磷酸铁锂简介高温固相反应法高温固相反应法典型工艺磷酸铁锂简介碳热还原法碳热还原法典型工艺磷酸铁锂简介碳热还原法优点磷酸铁锂简介常用原材料磷酸铁锂磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池.自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合:LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后,1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究群，也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性，美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4),使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比，LiMPO4的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。磷酸铁锂功能用途磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料，而其它正极材料由于多种原因，目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。磷酸铁锂性能磷酸铁锂性能特点1.高能量密度-其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140mAh/g（0.2C,25°C）;2.安全性-是目前最安全的锂离子电池正极材料；不含任何对人体有害的重金属元素；3.寿命长-在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上；(原因：磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是电子离子传到率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。解决方法：在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。4.无记忆效应5.充电性能-磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。磷酸铁锂物理参数1.粒度分布（particlesizedistribution）-将粉末试样按粒度不同分为若干级，每一级粉末（按质量、按数量或按体积）所占的百分率。表示粒度特性的几个关键指标：①D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。②D97：一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。D97常用来表示粉体粗端的粒度指标。其它如D16、D90等参数的定义与物理意义与D97相似。磷酸铁锂物理参数2.振实密度（tapdensity）-在规定条件下容器中的粉末经振实后所测得的单位容积的质量。ρ=m/v式中：ρ—粉末的振实密度，g/cm³m—粉料的质量，gv—粉料振实后的体积，cm³磷酸铁锂物理参数3.比表面积（specificsurfacearea）-单位体积或单位质量颗粒的总表面积单位：㎡/g磷酸铁锂物理参数4.碳含量（C%）-单位体积或单位质量中碳元素的含量-单位：%5.水分-单位体积或单位质量中水份的含量6.XRD(X-raydiffraction)-X射线衍射，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。7.克容量-即单位重量的电池或活性物质所能放出的电量-单位mAh/g磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料，而其它正极材料由于多种原因，目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池是用来做锂离子二次电池的,现在主要方向是动力电池，相对NI-MH,Ni-Cd电池有很大优势。超长寿命使用安全更环保更大容量耐高温无记忆效应快速充电•不燃烧•不爆炸•快速充电•快速放电•随充随用•深度放电•无重金属•无污染•比铅酸更大容量•更高温度工作•充放2000次•效率更高磷酸铁锂电池特点更小更轻•体积铅酸2/3•重量铅酸1/3使用安全1.超长寿命-长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次-磷酸铁锂电池，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到７－８年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。2.使用安全-磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。3.可大电流快速放电-可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。磷酸铁锂电池特点磷酸铁锂电池特点4.耐高温-磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广（-20C--＋75C），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。5.大容量-具有比普通电池（铅酸等）更大的容量。6.无记忆效应-可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电7.体积小、重量轻-同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3重量是铅酸电池的1/3。8.绿色环保-该电池不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池证。铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍将对环境够成二次污染，而磷酸铁锂材料无论在生产及使用中，均无污染，因此该电池又列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。随着中国加入WTO，中国电动自行车的出口量将迅速增大，而现在进入欧美的电动自行车已要求配备无污染电池.磷酸铁锂电池特点锂电池比较公司产品介绍统计项目北大020北大300P-1立凯卓能久兆比表面积18-22m2/g18.4818.9716.1418.8712~16振实密度1.2g/cm31.321.231.1161.1258≥1.15D10≥0.5um1.281.111.181.590.7~1.5D501.5~3.0um2.371.781.973.762.0~6.0D90≤10um6.692.834.028.689.0~141C放电134mAh/g143135135133.8＞1301C放电效率≥75%90.6%90.8%89.7%89.1%＞90%久兆磷酸铁锂特点更好的加工性更高的稳定性更强的性价比-Exp.1久兆磷酸铁锂特点更好的加工性独特的前驱体制备技术，使材料球形化程度高，粒度分布均匀，使最终产品具有优异的加工性能；久兆磷酸铁锂特点更高的稳定性采用铁红体系，我们只用进口的高品质氧化铁，该原料的高度稳定以及由此衍生的产品稳定与低自放电率是其他体系无法比拟的；生产过程中防止二次污染等措施，保证材料合成过程更稳定。-量产规模大，目前2000吨的年产能完全满足客户批量供应的需求，并且可以按照客户的要求实现定制生产；-产品生产效率高，单位能耗低，与市场同类产品相比具有最高的性价比；久兆磷酸铁锂特点更强的性价比Exp.久兆磷酸铁锂实际表现高活性物质含量高的浆料固含量高的放电平台率更低的辅料用量更低的自放电率更低的使用成本三高与三低特点类别正极负极项目材料比例材料比例配方设计A1195%FSN-495%SuperP+VGCF2%SuperP1%KS60%CMC1.6%HSV9003%SBR2.4%隔膜选择长度：1700mm；厚度：0.025mm基材长度771mm835mm基材厚度0.020mm0.010mmIFR18650实例（1）正极浆料固含量53%，粘度3500mPa.s；（2）正极片涂覆参数：120g/m2（单面）；（3）正极片辊压参数：2.00g/ml（最大值2.4g/ml）；Exp.久兆磷酸铁锂实际表现极片涂覆情况-涂覆面光滑-不掉粉-易辊压烘烤厚度反弹变化率1.5%Exp.久兆磷酸铁锂实际表现电池内阻测试状态AverageStdev.MaxMin化成前内阻（mΩ）11.60.2312.111.4化成后内阻（mΩ）13.50.3313.812.9比较优良的内阻表现Exp.久兆磷酸铁锂实际表现电池分容测试状态AverageStdevMaxMin容量（mAh）11568.2511671152比容量（mAh/g）125.50.72126.9124.1稳定的容量发挥Exp.久兆磷酸铁锂实际表现循环性能Exp.久兆磷酸铁锂实际表现专利技术制造工艺研究与发展久兆研发与技术锑元素掺杂技术电导率提升：一百万倍久兆研发与技术专利技术LiFePO4电导率约10-10-10-9（S/cm）LiFe1-xSbxPO4电导率约10-4-10-3（S/cm）闪蒸干燥技术单位产品能耗只有传统干燥方法的1.8%久兆研发与技术专利技术久兆研发与技术制造工艺前躯体制备高温合成精细化处理目的：使锂、铁、磷、氧得到充分而均匀的混合久兆研发与技术前躯体制备目的：高温固相反应使前躯体成为磷酸铁锂久兆研发与技术高温合成目的：使磷酸铁锂易于制造电池并发挥最大效能精细化处理久兆研发与技术新的原料体系制造磷酸铁锂生物冶金领域制备磷酸铁锂前躯体下一代正极材料硅酸盐体系的研究久兆研发与技术研发与发展久兆研发与技术-久兆新能源与南京工业大学合作成立了新能源工程技术中心，继续致力于新能源材料领域的技术研究及创新，目前已在生物冶金领域与高分子导电材料方面取得突破。-该项研究目前尚处于实验阶段，不久即将以阶段性成果申请专利。该项技术一旦获得应用，将有望从根本上突破国外公司就磷酸铁锂碳包覆及金属掺杂专利的国际垄断，实现自主知识产权布局。研发与发展QuestionsThankyou!