磷酸鐵鋰正極材料認(rèn)知01磷酸鐵鋰正極材料簡介02磷酸鐵鋰材料的優(yōu)缺點03磷酸鐵鋰材料的制備01磷酸鐵鋰正極材料簡介一、磷酸鐵鋰正極材料簡介磷酸鐵鋰（LiFeP04）屬于聚陰離子型正極材料，橄欖石結(jié)構(gòu)具有典型的六方最密堆積氧陣列結(jié)構(gòu)，屬七大晶系中的正交晶系。作為正極材料時晶格穩(wěn)定性較好，鋰離子的脫嵌對晶體結(jié)構(gòu)的影響小，可逆性優(yōu)良，極高的循環(huán)壽命（＞2000次）等優(yōu)點，是主流鋰離子電池中較為安全的材料之一。圖1LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)[1][1]TarasconJM,ArmandM.Issuesandchallengesfacingrechargeablelithiumbatteries[J].Nature,2001,414(6861):359-367.02磷酸鐵鋰材料的優(yōu)缺點二、磷酸鐵鋰材料的優(yōu)缺點（1）熱穩(wěn)定性好。（2）綠色環(huán)保；（3）耐過充性能優(yōu)良；（4）電壓平臺平穩(wěn)；（5）與大多數(shù)電解液系統(tǒng)兼容性好，儲存性能好；（6）工作溫度范圍廣，耐高溫性能佳，在-20℃～75℃下均可正常工作;優(yōu)點二、磷酸鐵鋰材料的優(yōu)缺點（7）循環(huán)性能好由于LiFePO4與FePO4結(jié)構(gòu)相似，鋰離子脫出/嵌入后，LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生重排，有著至少2000次以上的使用壽命，并且其容量還能維持在80%以上。二、磷酸鐵鋰材料的優(yōu)缺點磷酸鐵鋰的缺點及對策電子導(dǎo)電率低鋰離子擴散速率慢振實密度不高合成成本略高碳包覆改善電子導(dǎo)電性添加金屬粒子摻雜金屬粒子改善電子導(dǎo)電性合成小粒度材料減少擴散距離合成粒度可控的類球形顆粒等03磷酸鐵鋰材料的制備三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法（一）高溫固相合成法其典型的工藝流程為：選取Li2CO3、LiOH·H2O或CH3COOLi等鋰鹽作為鋰源，選取Fe2O4·2H2O或Fe(CH3COO)2等亞鐵鹽作為鐵源，(NH4)2HPO4或NH4H2PO4等作為磷源，經(jīng)研磨或者球磨混合均勻后，在高溫惰性氣氛下燒結(jié)，得到LiFePO4材料。優(yōu)點生產(chǎn)設(shè)備易于操作，合成工藝簡便，利于工業(yè)化生產(chǎn)控制。缺點材料粒度大，物相不均，且生產(chǎn)周期長，產(chǎn)物的一致性較差，極易混入影響目標(biāo)材料性能的雜質(zhì)。三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法高溫固相法工藝流程圖鋰鹽（如碳酸鋰）亞鐵鹽（如草酸亞鐵）磷源（如磷酸氫二銨）前驅(qū)體LiFePO4球磨、預(yù)加熱高溫焙燒反應(yīng)方程式如下：三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法（二）碳熱還原法碳熱還原法亦屬于固相合成法，只是為了降低生產(chǎn)成本，將原料中較為昂貴的二價鐵離子換成了廉價的三價鐵離子，通常選用Fe2O3或FePO4等作為鐵源，并添加足量的C6H12O6或C12H22O11等作為碳源，鋰源和磷源一般為Li2CO3、LiH2PO4各個原料經(jīng)研磨或者球磨混合均勻后，在高溫條件和惰性氣體Ar或N2保護氣氛下燒結(jié)，冷卻后即為LiFePO4材料。三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法碳熱還原法工藝流程圖鋰鹽（如碳酸鋰）鐵鹽（如三氧化二鐵）磷酸鹽（如磷酸二氫鋰）前驅(qū)體LiFePO4/C球磨、預(yù)加熱高溫焙燒碳源（如葡萄糖）反應(yīng)方程式如下：三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法（三）液相法01水熱法是將原料放在高溫反應(yīng)釜中，用水作為溶劑，利用密閉容器內(nèi)的高溫、高壓使得水和水蒸氣產(chǎn)生對流，水溶液中的產(chǎn)物達(dá)到過飽和度析出，制備出粉體材料。02溶劑熱法的反應(yīng)原理與水熱法相同，只是將水溶劑換做其它溶劑或者水和其它溶劑的混合物作為反應(yīng)的溶劑。三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法（三）液相法優(yōu)點01相比于固相合成法，合成的材料顆粒細(xì)小，粒徑窄，物相均勻，且樣品一致性較好。缺點02反應(yīng)條件極為苛刻，設(shè)備造價高、合成工藝較為繁瑣，難以應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法水熱法或溶劑熱法工藝流程圖鋰鹽（如氫氧化鋰）亞鐵鹽（如硫酸亞鐵）磷酸（H3PO4）前驅(qū)體LiFePO4水熱條件/溶劑熱條件高溫焙燒密閉容器高溫高壓三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII共沉淀法是先把鋰鹽，鐵鹽和磷鹽原料混合在一起形成溶液，然后選取合適的沉淀劑添加到原料溶液內(nèi)，使其產(chǎn)生磷酸鐵鋰前驅(qū)體沉淀，對沉淀物干燥處理后再高溫焙燒即可獲得磷酸鐵鋰。（四）共沉淀法三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法（四）共沉淀法優(yōu)點01制得的LiFePO4具有活性大、粒度小、分布均勻等優(yōu)點；缺點02液相共沉淀產(chǎn)物往往是在瞬間產(chǎn)生的，元素比例難以控制，很難避免雜質(zhì)的產(chǎn)生。三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法共沉淀法工藝流程圖鋰鹽（如碳酸鋰）鐵鹽（如磷酸鐵）磷酸（H3PO4）前驅(qū)體沉淀LiFePO4溶于水高溫焙燒碳源（如葡萄糖）前驅(qū)體過濾，干燥、研磨反應(yīng)方程式如下：制備前驅(qū)體：

Fe3++PO43-+2H2O=FePO4?2H2O高溫碳熱還原：2FePO4+Li2CO3+C=2LiFePO4+CO

+CO2三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法（五）溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法是一種首先利用絡(luò)合劑使Li源，F(xiàn)e源和P源溶液形成溶膠，然后改變?nèi)苣z溶液的pH并進行加熱使其轉(zhuǎn)變成凝膠，之后再進行干燥和高溫煅燒獲得LiFePO4粉體材料的方法。三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法（五）溶膠-凝膠法優(yōu)點（1）顆粒粒徑小且分布均勻；（2）顆粒表面可均勻包覆碳層；（3）可降低合成溫度，減少能耗。缺點（1）顆粒容易團聚；（2）合成周期長，工序繁瑣；（3）合成過程中使用大量有機溶劑，造成成本提高。三、磷酸鐵鋰材料的制備-固相法溶膠-凝膠法工藝流程圖鋰鹽（如氫氧化鋰）鐵鹽（如硝酸鐵）磷鹽（如磷酸二氫銨）凝膠LiFePO4溶于水混合均勻用氨水調(diào)節(jié)pH高溫焙燒水浴60℃～80℃蒸發(fā)溶劑絡(luò)合劑