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秦皇島曼國(guó)裝備科技有限公司

磷酸鐵鋰制備工藝介紹

發(fā)布時(shí)間:2023-03-29 15:34:00 點(diǎn)擊:

磷酸鐵鋰具有橄欖石結(jié)構(gòu),循環(huán)性能好、電化學(xué)性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等特點(diǎn),常用作動(dòng)力鋰離子電池正極材料。
磷酸鐵鋰的分子表達(dá)式為L(zhǎng)iFePO4 ,其在鋰電池充放電過(guò)程中的作用原理為:
當(dāng)鋰電池充電時(shí),鋰離子Li+從磷酸鐵鋰正極材料LiFePO4 中脫離,穿過(guò)電池隔膜和電解液后嵌入負(fù)極材料,完成充電過(guò)程,失去Li+的LiFePO4變成脫鋰產(chǎn)物—磷酸鐵FePO4。
當(dāng)鋰電池放電時(shí),Li+從負(fù)極材料中脫離,穿過(guò)電池隔膜和電解液后回到正極材料,F(xiàn)ePO4在Li+嵌入后變回LiFePO4 ,完成放電過(guò)程。



磷酸鐵鋰制備工藝多樣,主要分為固相法,液相法這兩大主流工藝。固相法是目前最成熟也是應(yīng)用最廣的磷酸鐵鋰合成方法,液相法工藝難度較大。今天小編給大家介紹幾種磷酸鐵鋰制備工藝方法:

1.固相法---草酸亞鐵工藝路線





鋰鹽: 碳酸鋰LiCO3、氫氧化鋰 LiOH、醋酸鋰CH3COOLi,

鐵源:草酸亞鐵FeC2O4.H2O;草酸亞鐵Fe(CH3COO)2,

磷源 : 磷酸二氫銨 NH4H2PO4、磷酸氫二銨 (NH4) 2HPO4

固相法---草酸亞鐵工藝路線優(yōu)缺點(diǎn)


優(yōu)點(diǎn):目前最主流的生產(chǎn)路線,工藝簡(jiǎn)單,易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
缺點(diǎn):
1、 草酸亞鐵純度低,副產(chǎn)品FeSO4 很多,放置一段時(shí)間三價(jià)鐵會(huì)比較多。
2、 草酸亞鐵原料形貌控制非常困難,導(dǎo)致成品磷酸鐵鋰加工性能較差。
3、 由于采用三種原料,混料的均勻性控制差,容易氧化,對(duì)燒結(jié)爐的氣氛保護(hù)氣筒要求較高。
4、 工藝路線能耗高,生產(chǎn)周期長(zhǎng),排除的氨氣有污染,產(chǎn)品的燒成率低 于50%,成品率過(guò)低。

2.碳熱還原法---磷酸鐵工藝路線



鋰鹽:碳酸鋰Li?CO?、氫氧化鋰LiOH、醋酸鋰CH?COOLi

鐵源和磷源 :磷酸鐵FePO? ·4H?O

碳源:葡萄糖、蔗糖、酚醛樹(shù)脂、炭黑等

代表企業(yè):湖南裕能,國(guó)軒高科、湖北萬(wàn)潤(rùn),安達(dá)科技,龍?bào)纯萍?,豐元鋰能等

磷酸鐵工藝路線的優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):

1、 可實(shí)現(xiàn)一次球磨、 一次干燥和一次燒結(jié),工藝簡(jiǎn)單,能耗少;

2、 燒成率接近70%,原材料易混合均勻,顆粒較細(xì);

缺點(diǎn):

1、磷酸鐵鋰材料性能嚴(yán)重依賴磷酸鐵原料的品質(zhì),原材料的鐵磷比不可控。

2、 磷酸鐵一項(xiàng)就達(dá)到原料成本的50%以上,必須大幅消減成本,才能讓其優(yōu)質(zhì)的電性能和市場(chǎng)價(jià)格相匹配。

3.碳熱還原法---鐵紅工藝路線



鋰源和磷源:磷酸二氫鋰LiH?PO?

碳源:葡萄糖、蔗糖、酚醛樹(shù)脂、炭黑等

鐵紅工藝路線的優(yōu)缺點(diǎn):


優(yōu)點(diǎn):

1、原料成本低

2、該工藝路線生產(chǎn)的磷酸鐵鋰形貌可控,加工性能最好,

3、 因采用兩種原料,混料均勻性控制較好,無(wú)需考慮三價(jià)鐵源在干燥過(guò)程中的氧化問(wèn)題,穩(wěn)定性控制較好。只需要采用一次燒結(jié),工藝流程簡(jiǎn)單,易控制,成品率高達(dá)80%左右。    

缺點(diǎn):

1、氧化鐵紅雜質(zhì)較高,純度很難高于99%;

2、磷酸二氫鋰中的磷酸根和鋰不易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確化學(xué)計(jì)量比。

3、容量是最差的,產(chǎn)品性價(jià)比偏低。

4.液相法--水熱法



鋰鹽:碳酸鋰Li?CO? 、氫氧化鋰 LiOH、 醋酸鋰CH?COOLi

鐵源:硫酸亞鐵FeSO4 ·7H2O

磷源:H? PO?

碳源:葡萄糖、蔗糖、酚醛樹(shù)脂、炭黑等

水熱法工藝路線的優(yōu)缺點(diǎn):


優(yōu)點(diǎn):
1、原料成本低,品質(zhì)容易控制,工藝重現(xiàn)性好;
2、 電化學(xué)性能好,尤其是低溫性能好;     
缺點(diǎn):
1、鋰的摩爾投入量是鐵的三倍,需考慮鋰的回收,回收成本高;

2、對(duì)反應(yīng)釜的溫度、壓力、耐腐蝕性能等要求高,難以大規(guī)模批量生產(chǎn)。


不同生產(chǎn)路線比較

(1)草酸亞鐵路線仍然是目前最主流的合成路線,但設(shè)備依存度較高,生產(chǎn)周 期比較長(zhǎng),形貌調(diào)控問(wèn)題是該路線的難點(diǎn),導(dǎo)致穩(wěn)定性不理想。

(2)氧化鐵工藝路線比較成熟,產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)強(qiáng),穩(wěn)定性好,成本和性能方面都 有較大的優(yōu)勢(shì);

(3)磷酸鐵路線成本比較高,僅磷酸鐵一項(xiàng)就達(dá)到原材料成本的50%以上,必須大幅削減成本,才能讓其優(yōu)質(zhì)的電性能和市場(chǎng)價(jià)格相匹配。

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