磷酸锂铁电池的磷酸铁锂(LiFePO。,简称LFP,也叫锂铁磷)是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,其工作原理和锂离子电池是相同的。
LiFePO4正确的化学式为LiMPO4(M可以是任何金属,如Fe,Co,Mn,Ti等)。
其物理结构为橄榄石结构,从结构来看,可以用在锂离子电池的正极材料还有AyMPO4,Li1-xMFePO4,LiFePO4MO等都可以做正极材料。
其特色是不含贵重元素,原料价格低且磷,铁,锂在地球上的资源含量丰富,供料不会存在很大问题。
除具有锂离子电池的共性特点外,还有一些特有的优势,比如其工作电压适中(3.2V),容量大(170mAh/g),高放电功率,可快速充电且循环寿命长(高达2000次),在高温与高热环境乐的稳定性高。
磷酸锂铁电池正极材料加工办法
1.碳热还原法
碳热还原法也是高温固相法中的一种,是比较容易工业化的合成办法,多数以磷酸二氢锂(LiHPO4)、三氧化二铁(Fe2O3)或四氧化三铁、蔗糖为原料,平均混合后,在高温柔鱼气或氮气保护下焙烧,碳将三价铁还原为二价铁,也就是通过碳热还原法合成磷酸铁锂。
优势:处理了在原料混合出产过程中可能引发的氧化反应,使合成过程更为合理,同时改善了材料的导电性。
缺点:反应时间相对过长,温度难以控制,产物一致性要求的控制条件更为苛刻,难以适应工业化加工。
2.水热合成法
水热合成法属于湿法领域,它是以可溶性亚铁盐、锂盐和磷酸为原料,在水热条件下笔直合成LiFePO4,由于氧气在水热体系中的溶解度很小,水热体系LiFePOA的合成供应了优良的惰性环境。
优势:水热法可以在液相中制备超微细颗粒,原料可以在分子级混合。具有物相平均、粉体粒径小以及操作简便等优势,且具有易量产、产品批量稳定性好、原料价廉易得的优势。同时加工过程中不要惰性气氛。
缺点:水熟合成法制备的产物结构中经常存在着铁的错位,生成了亚稳态FePO,影响了产物的化学及电化学性能。同时也存在粒径不平均、物相不纯净、设备投资大(耐高温高压反应器的设计制造难度大,造价也高)或工艺较复杂的缺点。
3.另外,溶胶一凝胶合成法、液相共沉淀法、微波合成法等也使用在制备LFP原材料上。
这些工艺都有各自的优缺点,但目前通过改良工艺后,使用比较广泛的还是前3种,美国的A123和加拿大的Phostech公司采用固相法,美国的Valence公司采用碳热还原法,LG化学利用继续水热合成法。
在材料制备过程中,导电碳包覆是LiFePO2制备过程中的一项关键技术。A123通过在箔体表面预先涂敷一层高品质导电碳层,有效的降低了电池的内阻,提升了磷酸铁锂离子电池的大倍率放电能力。