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1、磷酸鐵鋰?yán)碚撝R引言能源問題與環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，現(xiàn)階段使用的石化能源也會在未來中使用殆盡，尋找新的替代能源是現(xiàn)在的重點。伴隨人們節(jié)能意識的加強(qiáng)，電動車和混合電動車以及動力電源等也得到了迅猛的發(fā)展。目前,電動車或混合電動車中主要使用的鉛酸和鎳氫電池使用壽命短,容易污染環(huán)境;而鋰離子電池以其優(yōu)良的性能,一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就受到廣泛的關(guān)注,具有取代鉛酸和鎳氫電池做電動車或混合電動車電源的絕對優(yōu)勢。鋰離子電池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，
2、是未來幾年最有潛力的電源電池，但是制約鋰離子電池大量推廣工業(yè)化的瓶頸之一就是正極材料，在要求鋰離子電池上述優(yōu)點穩(wěn)定性的前提下，價格和資源問題也是不可忽視的重要因素。目前研究最廣泛的正極材料有LiCoO2、LiNiO2以及LMin2O4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)新型高能廉價的正極材料對鋰離子電池的發(fā)展至關(guān)重要。1997年,Goodenough等首次報道了具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰可以用作鋰電池以來，引起了廣泛的關(guān)注和大量的研究，磷酸鐵鋰具有170mAh/g的理論比容量和3.5V的對鋰充電
3、平臺，與上述傳統(tǒng)的鋰電池材料相比，具有原料來源廣泛，成本低，無環(huán)境污染，循環(huán)性能好，熱穩(wěn)定性好，安全性能突出等優(yōu)點，是動力型鋰離子電池的理想正極材料。一、LiFePO4的結(jié)構(gòu)和性能LiFePO4具有橄欖石結(jié)構(gòu)，正交晶系，其空間群是Pmnb型。O原子以稍++微扭曲的六方緊密堆積方式排列，只能為Li提供有限的通道，使得室溫下Li在其中的遷移速率很小。Li與Fe原子填充O原子八面體空隙中。P占據(jù)了O原子四面體空隙。一個FeO6八面體與兩個LiO6八面體共棱；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132+3+對較高的理論密度(3.
4、6g/cm)。在此結(jié)構(gòu)中,Fe/Fe相對金屬鋰的電壓為3.4V。1.高能量密度其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實際比容量可超過140mAh/g（0.2C，25°C）；2.安全性是目前最安全的鋰離子電池正極材料；不含任何對人體有害的重金屬元素；3.壽命長在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晶格的影響不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是電子離子傳導(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。)4.無記憶效應(yīng)5.充電性能磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用
5、大倍率充電，最快可在1小時內(nèi)將電池充滿。具體的物理參數(shù)：松裝密度：0.7g/cm2振實密度：1.2g/cm中粒徑：2-6um比表面積<30m/g涂片參數(shù)：LiFePO4:C:PVDF=90:3:7極片壓實密度：2.1-2.4g/cm電化性能：克容量>155mAh/g測試條件：半電池，0.2C，電壓4.0-2.0V循環(huán)次數(shù)：2000次磷酸鐵鋰各項參數(shù)對電池的影響：1.粒徑粒徑對電池低溫性能影響較大，粒徑減小，鋰離子在磷酸鐵鋰粒子內(nèi)部擴(kuò)散路徑減??；材料活性比表面積增大，電化學(xué)反應(yīng)活性增加。粒徑小的磷酸鐵鋰電池在-30℃低倍率放電時中值電壓高于大粒徑的磷酸鐵鋰電池。但是當(dāng)電池
6、在低溫高倍率放電時，顆粒之間的接觸電阻會成為影響電池低溫放點性能的主要因素，小粒徑的磷酸鐵鋰材料顆粒間接觸點增多，電阻也會增加，因此小粒徑的磷酸鐵鋰電池的低溫大倍率放點電壓反而低于大粒徑的磷酸鐵鋰電池。從大量的制漿經(jīng)驗以及行業(yè)同行的交流反饋來看，粒度分布幾乎決定了磷酸鐵鋰材料的加工性能，其關(guān)鍵指標(biāo)是D50。鈷酸鋰、錳酸鋰10um≤D50≤20um，勻漿涂布沒有任何問題；磷酸鐵鋰根據(jù)廠家不同的工藝，基本分兩種：A:1um≤D50≤2.5um，(大多數(shù)廠商)B:3.5um≤D50≤8um，（少數(shù)廠商）以上兩種材料，B的加工性能要好于A。顆粒越小，同等質(zhì)量的材料的顆粒數(shù)量越多
7、，同樣的工藝條件下分散越困難。2.比表面積——電化學(xué)性能&加工性能通常情況下，對于大多數(shù)企業(yè)所采用的草酸亞鐵+有機(jī)碳分解的工藝路線，LFP的比表面積與碳含量呈線性關(guān)系。比表面積太小，說明材料的碳包覆量不夠，直接體現(xiàn)是電池內(nèi)阻偏高、放電平臺低、容量發(fā)揮低、倍率性能不佳、循環(huán)性能不好。3比表面積過大，說明材料的碳包覆量過高或者粒度呈納米級。直接的體現(xiàn)是材料的電化學(xué)性能極好，但活性高、易團(tuán)聚、難分散、極片加工困難。2經(jīng)過材料企業(yè)與電池企業(yè)的長期磨合，目前比表面積控制在15±2m/g較為合適,能兼顧電化學(xué)性能和加工性能。當(dāng)然也有例外，對于其他的工
