1、2020/6/24，隔膜：一種特殊的復合膜，它隔離正極和負極，阻止電子通過，同時允許鋰離子通過，從而在電化學充放電過程中完成鋰離子之間的高速傳輸。主要是聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)微孔膜。3.工作原理：當外部電源給電池充電時，陽極的電子通過外部電路移動到陰極，鋰離子利從陽極“跳”到電解質，爬“跳”膜片的卷曲小孔，“游”到達陰極，并與早期跑來的電子相結合。電池放電時，其機制與充電相反。以LiFePO4為例，化學反應方程式如下：2020/6/24，正極材料鋰電池，磷酸鋰(LiFePO4，簡稱LFP，鋰鐵因)電池是以磷酸鋰為正極材料的鋰離子電池，其工作原理與鋰離子電池相同。LiFePO4精確的化學

2、表達式可以是LiMPO4、(m可以是Fe、Co、Mn、Ti等任何金屬)。物理結構為橄欖石結構，可用于鋰離子電池的負極材料，AyMPO4，Li 1-xMFePO4，LiFePO4。MO等被用作正極材料。其特點是不包含有價值的因素。原材料價格低，磷、鐵、鋰的地球資源豐富，供應不會有太大問題。除了鋰電池的一般特性外，還有一些獨特的優(yōu)點，例如適度工作電壓(3.2V)、大容量(170mAh/g)、高放電功率、快速充電和長周期壽命(最多2000次)，在高溫和高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性很高。 2020/6/24，磷酸鐵鋰操作電路圖，宏觀、微結構，LiFePO4電池充電時陽極的鋰離子Li通過聚合物隔膜向陰極移動；在放

3、電過程中，陰極的鋰離子通過膜片向陽極移動。2020/6/24，磷酸鐵鋰特性分析(a) :優(yōu)點LiFePO4電池公稱電壓3.2 V(穩(wěn)定放電平臺)，結束充電電壓3.6V，結束放電電壓2.0V大于容量的高效輸出：標準放電為2 5c，連續(xù)大電流放電為10C，瞬時脈沖放電(10S)為20C，3 .工作溫度范圍大(-20c 75c)，高溫下性能良好：外部溫度65c時內部溫度最高為95c，電池放電結束時溫度為160，電池內部結構安全良好。4.電池內部或外部受到傷害，電池不會燃燒，不會爆炸，安全最好；5.良好的循環(huán)壽命，500循環(huán)后，其放電容量仍大于95%。實驗室準備的磷酸鐵鋰單體電池在IC的循環(huán)測試中顯示

4、了多達2000次的循環(huán)壽命。2020/6/24，磷酸鐵鋰特性分析(2) :的優(yōu)點6。用零伏放電也沒有損壞，零電壓保管7天后電池沒有泄漏，性能好，容量100%；保管30天后無泄漏，性能優(yōu)良，98%；超過30天的電池再充電和放電周期3次，以100%的速度再次充電。7.可快速充電，低放電，無內存效果：高電流2C快速充電，在專用充電器下1.5C充電，電池可在40分鐘內充電，工作電流可達2C；8.低成本；低成本。9.環(huán)境沒有污染。2020/6/24，LFP電池放電曲線，例如，STL18650在不同于其他放電倍率的溫度下放電曲線。高效輸出，廣泛工作溫度，2020/6/24，磷酸鋰的特性分析(3) :缺點：

5、目前在實際生產過程中，通過在前驅體中添加有機碳源和高價金屬離子的混合，提高物質的導電性(A123，煙臺卓成采用此方法)的研究結果，磷酸鋰鋰離子擴散速度慢。目前采用的解決方案主要減少了納米化LiFePO4晶粒間的擴散距離，而且通過摻雜改善鋰離子擴散通道的后一種方法效果不明顯。納米化已經在進行更多的研究，但很難應用于實際工業(yè)生產，目前只有A123掌握了LiFePO4的納米化產業(yè)技術。2020/6/24，磷酸鐵鋰特性分析(4) :缺點3。振動密度低。一般只有0.8-1.3，低振動密度可以說是磷酸鐵鋰的最大缺點。但是，這一缺點在電源電池中并不明顯。因此，磷酸鐵鋰主要用于制造動力電池。磷酸鐵鋰電池的低溫

6、性能不好。0c時的容量保持率約為60%到70%，-10c時為40%到55%，-20c時為20%到40%。這種低溫性能顯然不能滿足電源的使用要求。目前，一些企業(yè)通過改善電解質系統(tǒng)、改善陽極配方、改善材料特性、改善電池結構設計等，提高磷酸鋰的低溫性能。2020/6/24，陰極材料磷酸鐵鋰和錳酸鋰的電氣特性比較，鋰離子電池生產不可避免地選擇正極材料。理論上可供選擇的正極材料種類很多，但目前可商業(yè)應用的鋰離子負極材料數(shù)量較少，歸納總結為磷酸鐵鋰、氧化錳鋰。比較2020/6/24等兩種材料，兩種雙極材料各有優(yōu)點和缺點，但是磷酸鋰的原料更廣，價格更便宜，最重要的是沒有環(huán)境污染。而且其存在的一些缺點現(xiàn)在制造

7、商已經通過技術手段大部分改進了，已經很好地在商業(yè)化中運行。2020/6/24，目前世界上領先磷酸鐵鋰領域的3家企業(yè)主要是美國的A123，加拿大的Phostech，美國的Valence，擁有更成熟的批量生產技術。2008年，LFP全球供應約為1500噸，其中美國A123供應750噸，國內供應商供應約500噸，其中斯特蘭占近一半。LFP國際主要制造商和能力，2020/6/24，國內前9家LFP材料企業(yè)，LFP材料國內企業(yè)狀況表，2020/6/24，國內前9家LFP材料企業(yè)，2020/6/24，美國AAA磷酸鐵鋰目前國內制造商的產品報價一般為15-18萬噸，產品總利潤為40%-70%。全國磷酸鐵鋰生

8、產企業(yè)的產能約為6400噸，但實際產量不到產能的1/10。國內鋰鐵磷酸鹽在價格上有優(yōu)勢，但純度、粒度、粒度分布、工藝重復性仍與國外同類產品有差異。斯特蘭計劃2009年新建能力到產后達到2000噸/年，實際能力為500噸/年，兩年內達到4000噸/年的能力。LFP材料國內外制造商的市場情況摘要(1)，2020/6/24，陰極材料工藝對電池性能影響很大，因此工藝改進和改進是電池產業(yè)化的重要因素。下面，我們來看一些公平方法，比較一下各自的優(yōu)缺點。1.高溫固相高溫固相高溫固相法是磷酸鐵鋰生產的主要方法和最成熟的方法。通常以鐵鹽(例如草酸制FeC2O4 2H2 O)、磷酸鹽(例如NH4 )2 HPO4)

9、和鋰鹽(例如碳酸鋰Li2CO 3)為原料，化學充分混合后，在惰性氣氛中先進行低溫預分解，然后在高溫下烘焙，粉碎制成。優(yōu)點：高溫固相合成工藝及工藝路線設計簡單，工藝參數(shù)易于控制，制備材料性能穩(wěn)定，易于實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產。缺點：粉末原料需要長時間詢問的研磨混合，混合均勻性有限，摻雜改性效果不好。要求高熱處理溫度和長熱處理時間，能耗大；產物在成分、結構、粒度分布等方面有很大的差異，容易產生Fe的雜質相；材料的電化學特性不容易控制。草酸鐵的使用更貴，材料制造成本更高。反應時需要大量惰性保護氣體，惰性氣體體成本高；同時燒結過程中會產生氨、水、二氧化碳，當他們在爐子內冷卻過程時，就會產生碳酸氫銨結晶顆粒

10、，從而成為產品的污染。此外，氨的發(fā)生不利于環(huán)境保護，需要進一步增加廢氣處理設備。正極材料磷酸鐵鋰生產工藝(a)，2020/6/24，2。碳熱還原法碳熱還原法也是一種高溫固相法，比較容積性化學法，以更多的磷酸鋰(LiH2PO4)、三氧化二鐵(Fe2 O3)或氧化鐵、拐杖糖為原料，均勻混合后在高溫和氬或氮保護下，小解碳以三價鐵為二價鐵，即碳熱還原法合成磷酸鋰優(yōu)點：解決原料混合加工過程中可能發(fā)生的氧化反應，使合成過程更合理，同時提高材料的導電性。缺點：反應時間較長，溫度調節(jié)困難，產品一致性所需的控制條件更為苛刻，難以適應工業(yè)生產。3.水熱合成法水熱合成法屬于濕法工藝范疇，以可溶性鐵鹽、鋰鹽、磷酸為原

11、料，在水熱法條件下直接合成LiFePO4。氧在水熱系統(tǒng)中的溶解度很小，因此水熱系統(tǒng)LiFePO4的合成提供了良好的惰性環(huán)境。優(yōu)點：水熱法可以在液體中制造超細粒子，原生質可以在分子級混合。具有均勻相、小粉末大小和容易操作等優(yōu)點，具有批量生產、優(yōu)良產品部署穩(wěn)定性、低廉原料的優(yōu)點。同時生產過程中不需要惰性氣氛。缺點：用水熱合成法制造的產物結構經常存在鐵的電位，產生亞穩(wěn)態(tài)FePO4，影響產品的化學和電化學性能。也有粒子大小不固定、物相不純、設備投資多(高溫高壓核反應堆難以設計制造，費用高)或工藝復雜的缺點。陰極材料生產工藝(2)，2020/6/24，陰極材料生產工藝(3)，摘要：溶膠-凝膠合成法，液相

12、共沉淀法，微波合成法等用于制造LFP原料。這些工藝都有自己的優(yōu)缺點，但經過目前的改進過程后應用比較廣泛，這是前三種。美國的A123和加拿大的Phostech使用固相方法，美國的Valence使用碳熱還原法，LG化學使用持續(xù)的水熱法合成。在材料制備過程中，導電碳涂層是LiFePO4制備過程的關鍵技術。A123在箔表面預涂高質量導電碳層，有效減少電池內部電阻，提高磷酸鐵鋰電池的大放電容量。磷酸鐵鋰生產工藝，2020/6/24，2020/6/24，碳酸鋰按純度分為工業(yè)級98 99%，醫(yī)藥級98.5%，電池級99.5%，高純度等級99.99 99.99%進軍碳酸鋰產業(yè)需要具備兩大要素：碳酸鋰的主要原料是鹽湖鹵水(礦石法因全球高生產力而非常小)，入公司企業(yè)擁有豐富鋰資源的鹽湖資源，全球鹽酸鹽以高鎂低鋰為基礎，煉碳酸鋰的技術難度掌握在外國企業(yè)手中。只有國內大型鹽湖、鹵水鋰條件下的青海NSA、西藏礦業(yè)、青海鋰產業(yè)在凈化過程中存在一些差距，實際生產能力明顯不足計劃生產能力，主要以工業(yè)級碳酸鋰為主。其中西藏礦產資源最豐富，200萬噸