磷酸鐵鋰介紹

鋰離子電池作為一種高性能的二次綠色電池，具有高電壓、高能量密度（包括體積能量、質(zhì)量比能量）、低的自放電率、寬的使用溫度范圍、長(zhǎng)的循環(huán)壽命、環(huán)保、無記憶效應(yīng)以及可以大電流充放電等優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池性能的改善，很大程度上決定于電極材料性能的改善，尤其是正極材料。目前研究最廣泛的正極材料有LiCoO2、LiNiO2以及LiMn2O4等，但由于鈷有毒且資源有限，鎳酸鋰制備困難，錳酸鋰的循環(huán)性能和高溫性能差等因素，制約了它們的應(yīng)用和發(fā)展。因此，開發(fā)新型高能廉價(jià)的正極材料對(duì)鋰離子電池的發(fā)展至關(guān)重要。

1997年，Padhi等報(bào)道了具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰（LiFePO4）能夠可逆地嵌脫鋰，且具有比容量高、循環(huán)性能好、電化學(xué)性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是首選的新一代綠色正極材料，特別是作為動(dòng)力鋰離子電池材料。磷酸鐵鋰的發(fā)現(xiàn)引起了國(guó)內(nèi)外電化學(xué)界不少研究人員的關(guān)注，近幾年，隨著鋰離子電池的越來越廣的應(yīng)用，對(duì)LiFePO4的研究越來越多。

磷酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)

磷酸鐵鋰（LiFePO4）具有橄欖石結(jié)構(gòu)，為稍微扭曲的六方密堆積，其空間群是Pmnb型，晶型結(jié)構(gòu)如圖2.1所示

磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝流程詳細(xì)

LiFePO4由FeO6八面體和PO4四面體構(gòu)成空間骨架，P占據(jù)四面體位置，而Fe和Li則填充在八面體空隙中，其中Fe占據(jù)共角的八面體位置，Li則占據(jù)共邊的八面體位置。晶格一個(gè)FeO6八面體與兩個(gè)FeO6八面體和一個(gè)PO4四面體共邊，而PO4四面體則與一個(gè)FeO6八面體和兩個(gè)LiO6八面體共邊。由于近乎六方堆積的氧原子的緊密排列，使得鋰離子只能在二維平面上進(jìn)行脫嵌，也因此具有了相對(duì)較高的理論密度（3.6g/cm3）。在此結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)e2+/Fe3+相對(duì)金屬鋰的電壓為3.4V，材料的理論比容量為170mAh/g。在材料中形成較強(qiáng)的P-O-M共價(jià)鍵，極大地穩(wěn)定了材料的晶體結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致材料具有很高的熱穩(wěn)定性。

Wang等對(duì)LiFePO4的電化學(xué)性能做了詳細(xì)的分析，圖2.2是LiFePO4的循環(huán)載荷伏安圖，在C-V圖中形成兩個(gè)峰，在陽極掃描時(shí)Li+從LixFePO4結(jié)構(gòu)中脫出，在3.52V形成氧化峰；當(dāng)在4.0～3.0掃描時(shí)Li+嵌入到LixFePO4結(jié)構(gòu)中，相應(yīng)的在3.32V形成還原峰；C-V曲線中的氧化還原峰表明在LiFePO4電極上發(fā)生著可逆的鋰離子嵌脫反應(yīng)。

磷酸鐵鋰的性能

1）高能量密度

其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過140mAh/g（0.2C，25C）；

2）安全性

是目前最安全的鋰離子電池正極材料；不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素；

3）壽命長(zhǎng)

在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上；（原因：磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)定性好，鋰離子的嵌入和脫出對(duì)晶格的影響不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是電極離子傳導(dǎo)率差，不適宜大電流的充放電，在應(yīng)用方面受阻。解決方法：在電極表面包覆導(dǎo)電材料、摻雜進(jìn)行電極改性。）

磷酸鐵鋰離子電池的使用壽命與其使用溫度息息相關(guān)，使用溫度過低或者過高在其充放電過程及使用過程均出現(xiàn)極大不良隱患。尤其在我國(guó)北方電動(dòng)汽車上使用，在秋冬季磷酸鐵鋰離子電池?zé)o法正常供電或供電電源過低，需調(diào)節(jié)其工作環(huán)境溫度保持其性能。目前，國(guó)內(nèi)解決磷酸鐵鋰離子電池恒溫工作環(huán)境需考慮空間限制問題，較普遍的解決方法是使用氣凝膠氈作為保溫層。

4）充電性能

磷酸鐵鋰正極材料的鋰離子電池，可以使用大倍率充電，最快可在1小時(shí)內(nèi)將電池充滿。

磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝流程詳細(xì)

磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝流程

1、磷酸鐵烘干除水

（1）烘房烘干工序：不銹鋼匣缽裝滿原料磷酸鐵置入烘房，調(diào)節(jié)烘房溫度220

20℃，6-10小時(shí)烘干。出料轉(zhuǎn)下一工序至回轉(zhuǎn)爐燒結(jié)。

（2）回轉(zhuǎn)爐燒結(jié)工序：回轉(zhuǎn)爐升溫、通氮?dú)膺_(dá)到要求后，進(jìn)料（來自上工序烘房的

物料），調(diào)節(jié)溫度54020℃，燒結(jié)8-12小時(shí)。

2、研磨機(jī)混料工序

正常生產(chǎn)時(shí)，兩臺(tái)研磨機(jī)同時(shí)投入運(yùn)行，兩臺(tái)設(shè)備具體投料和操作相同（調(diào)試時(shí)一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)行亦可），程序如下：

（1）碳酸鋰研磨：稱量碳酸鋰13Kg、蔗糖12Kg、純水50Kg，混合研磨1-2小時(shí)。暫停。

（2）混合研磨：在上述混合液中加入磷酸鐵50Kg，純水25Kg，混合研磨1-3小時(shí)。停機(jī)，出料轉(zhuǎn)入分散機(jī)。取樣測(cè)粒度。

（3）清洗：稱量100Kg純水，分3-5次清洗研磨機(jī)，洗液全部轉(zhuǎn)入分散機(jī)。

3、分散機(jī)機(jī)物料分散工序

（1）將2.2兩臺(tái)研磨機(jī)混合好（或者1臺(tái)研磨機(jī)兩次混合）的物料約500Kg（包括清洗研磨機(jī)的物料）一起轉(zhuǎn)入分散機(jī)，再加入100Kg純水，調(diào)節(jié)攪拌速度，充分?jǐn)嚢璺稚?-2小時(shí)，等待用泵打入噴霧干燥設(shè)備。

4、噴霧干燥工序

（1）調(diào)節(jié)噴霧干燥設(shè)備的進(jìn)口溫度22020℃，出口溫度11010℃，進(jìn)料速度80Kg/hr，然后，開始進(jìn)料噴霧干燥，得到干燥物料。

（2）可以按照噴霧粒度大小調(diào)節(jié)固含量為15%~30%。

5、液壓機(jī)物料壓塊裝料分別調(diào)節(jié)液壓機(jī)的壓力為150噸和175噸，在模具中裝入噴霧干燥好的物料，保壓一按時(shí)間，壓實(shí)成塊狀。裝入匣缽轉(zhuǎn)入推板爐。同時(shí)，放入幾組散裝樣品，與壓成塊狀的物料進(jìn)行比較。

6、推板爐燒結(jié)先升溫，通氮?dú)猓_(dá)到氣氛要求100ppm以下，將匣缽?fù)迫胪瓢鍫t，按升溫段300-550℃，4-6小時(shí)；恒溫段750℃8-10小時(shí)；降溫段6-8小時(shí)進(jìn)行，出料。

7、輥壓超細(xì)磨

將推板爐燒好的物料輸入超細(xì)磨，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行輥壓研磨后送入超細(xì)磨進(jìn)行研磨。每批取樣測(cè)試粒度。

8、篩分、包裝

將研磨物料進(jìn)行篩分、包裝。5Kg、25Kg兩種規(guī)格。

9、檢驗(yàn)、入庫

產(chǎn)品檢驗(yàn)、貼標(biāo)簽入庫。包括：產(chǎn)品名稱、檢驗(yàn)人、物料批次、日期。