(完整版)LFP(磷酸鐵鋰)材料基本介紹

1、lfp材料知識介紹 （2011.01.24）久兆新能源科技有限公司磷酸鐵鋰簡介什么是磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰的優(yōu)點與缺點如何改善缺點如何獲得磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰簡介什么是磷酸鐵鋰 ?磷酸鐵鋰是一種無機化合物屬于正交晶系橄欖石型結構，空間群為pnma磷酸鐵鋰用于鋰離子電池正極材料其理論比容量為170mah/g,產(chǎn)品實際比容量可超過140mah/g主要應用在動力電池方面(hev,ev,電動工具）磷酸鐵鋰簡介磷酸鐵鋰晶體結構磷酸鐵鋰簡介磷酸鐵鋰的優(yōu)點原料來源豐富、價廉環(huán)境友好，不含任何對人體有害的重金屬元素熱穩(wěn)定性好循環(huán)性能好（在100%dod條件下，可以充放電2000次以上）熱穩(wěn)定性好循環(huán)性能好磷鐵錳礦磷酸鋰

2、鐵礦脫嵌磷酸鐵鋰簡介磷酸鐵鋰的缺點磷酸鐵鋰簡介如何改善缺點磷酸鐵鋰簡介碳包覆技術原料混合式加入磷酸鐵鋰簡介碳包覆技術燒結結束時加入磷酸鐵鋰簡介添加金屬粒子磷酸鐵鋰簡介導電有機物包覆磷酸鐵鋰簡介摻雜金屬離子磷酸鐵鋰簡介如何獲得磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰簡介高溫固相反應法高溫固相反應法典型工藝磷酸鐵鋰簡介碳熱還原法碳熱還原法典型工藝磷酸鐵鋰簡介碳熱還原法優(yōu)點磷酸鐵鋰簡介常用原材料磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰電極材料主要用于各種鋰離子電池. 自1996年日本的ntt首次揭露aympo4(a為堿金屬，m為cofe兩者之組合:lifecopo4)的橄欖石結構的鋰電池正極材料之后, 1997年美國德克薩斯州立大學john. b

3、. goodenough等研究群，也接著報導了lifepo4的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結構(limpo4), 使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料，尖晶石結構的limn2o4和層狀結構的licoo2相比，limpo4 的原物料來源更廣泛、價格更低廉且無環(huán)境污染。 磷酸鐵鋰功能用途磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。 鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料，而其它正極材料由于多種原因，目前在市場上還沒有大量

4、生產(chǎn)。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。 磷酸鐵鋰性能磷酸鐵鋰性能磷酸鐵鋰性能特點高能量密度 - - 其理論比容量為170mah/g170mah/g，產(chǎn)品實際比容量可超過140 mah/g140 mah/g（0.2c, 0.2c, 2525c c）; ;2. 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. 3. 壽命長 - - 在100%dod100%dod條件下，可以充放電20002000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

5、，故而具有良好的可逆性。存在的不足是電子離子傳到率差，不適宜大電流的充放電，在應用方面受阻。解決方法：在電極表面包覆導電材料、摻雜進行電極改性。4. 4. 無記憶效應5. 5. 充電性能 - - 磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，最快可在1 1小時內(nèi)將電池充滿。磷酸鐵鋰物理參數(shù)粒度分布（particle size distribution） -將粉末試樣按粒度不同分為若干級，每一級粉末（按質量、按數(shù)量或按體積）所占的百分率。 表示粒度特性的幾個關鍵指標： d50：一個樣品的累計粒度分布百分數(shù)達到50%時所對應的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%，d

6、50也叫中位徑或中值粒徑。d50常用來表示粉體的平均粒度。 d97：一個樣品的累計粒度分布數(shù)達到97%時所對應的粒徑。它的物理意義是粒徑小于它的的顆粒占97%。d97常用來表示粉體粗端的粒度指標。 其它如d16、d90等參數(shù)的定義與物理意義與d97相似。磷酸鐵鋰物理參數(shù)2. 振實密度 （tap density ） - 在規(guī)定條件下容器中的粉末經(jīng)振實后所測得的單位容積的質量。=m/v 式中： 粉末的振實密度，g/cm m粉料的質量，g v粉料振實后的體積，cm磷酸鐵鋰物理參數(shù)3. 比表面積 （specific surface area） -單位體積或單位質量顆粒的總表面積 單位：/g磷酸鐵鋰物理

7、參數(shù)4. 碳含量 （c % ） -單位體積或單位質量中碳元素的含量 -單位：%5. 水分 - 單位體積或單位質量中水份的含量6. xrd (x-ray diffraction ) - x射線衍射，通過對材料進行x射線衍射，分析其衍射圖譜，獲得材料的成分、材料內(nèi)部原子或分子的結構或形態(tài)等信息的研究手段。7. 克容量 -即單位重量的電池或活性物質所能放出的電量 - 單位 mah/g 磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。 鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料，而其它正極材料由于多

8、種原因，目前在市場上還沒有大量生產(chǎn)。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。 磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池是用來做鋰離子二次電池的, 現(xiàn)在主要方向是動力電池，相對ni-mh,ni-cd電池有很大優(yōu)勢。超長壽命使用安全更環(huán)保更大容量耐高溫無記憶效應快速充電不燃燒不爆炸快速充電快速放電隨充隨用深度放電無重金屬無污染比鉛酸更大容量更高溫度工作充放2000次效率更高磷酸鐵鋰電池特點更小更輕體積鉛酸2/3重量鉛酸1/3使用安全1. 超長壽命-長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最高也就500次 - 磷酸鐵鋰電池，而磷酸鐵鋰動力電

9、池，循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電使用，可達到2000次。同質量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就11.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，將達到年。綜合考慮，性能價格比將為鉛酸電池的4倍以上。2. 使用安全 -磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強烈的碰撞下會產(chǎn)生爆炸對消費者的生命安全構成威脅，而磷酸鐵鋰以經(jīng)過嚴格的安全測試即使在最惡劣的交通事故中也不會產(chǎn)生爆炸。3. 可大電流快速放電 -可大電流2c快速充放電，在專用充電器下，1.5c充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動電流可達2c,而鉛酸電池現(xiàn)在無此性能。磷酸鐵鋰電池特點磷酸鐵鋰

10、電池特點4. 耐高溫 -磷酸鐵鋰電熱峰值可達350500而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200左右。工作溫度范圍寬廣（-20c-75c），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350500而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200左右。5.大容量 -具有比普通電池（鉛酸等）更大的容量。6.無記憶效應 - 可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池無此現(xiàn)象，電池無論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電7.體積小、重量輕 - 同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3重量是鉛酸電池的1/3。8.綠色環(huán)保 - 該電池不含任何重

11、金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無毒（sgs認證通過），無污染，符合歐洲r(nóng)ohs規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池證。鉛酸電池中卻存在著大量的鉛，在其廢棄后若處理不當，仍將對環(huán)境夠成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無論在生產(chǎn)及使用中，均無污染，因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國家高科技發(fā)展計劃，成為國家重點支持和鼓勵發(fā)展的項目。隨著中國加入wto，中國電動自行車的出口量將迅速增大，而現(xiàn)在進入歐美的電動自行車已要求配備無污染電池.磷酸鐵鋰電池特點鋰電池比較公司產(chǎn)品介紹統(tǒng)計項目統(tǒng)計項目北大北大020北大北大300p-1立凱立凱卓能卓能久兆久兆比表面積18-22m2/g18.4818.9716.14

12、18.871216振實密度1.2g/cm31.321.231.1161.12581.15d100.5um1.281.111.181.590.71.5d501.53.0um2.371.781.973.762.06.0d9010um6.692.834.028.689.0141c放電134mah/g143135135133.8 1301c放電效率75%90.6%90.8%89.7%89.1%90%久兆磷酸鐵鋰特點n 更好的加工性n 更高的穩(wěn)定性n 更強的性價比- exp. 1久兆磷酸鐵鋰特點更好的加工性獨特的前驅體制備技術，使材料球形化程度高，粒度分布均勻，使最終產(chǎn)品具有優(yōu)異的加工性能；久兆磷酸鐵鋰

13、特點更高的穩(wěn)定性采用鐵紅體系，我們只用進口的高品質氧化鐵，該原料的高度穩(wěn)定以及由此衍生的產(chǎn)品穩(wěn)定與低自放電率是其他體系無法比擬的；生產(chǎn)過程中防止二次污染等措施，保證材料合成過程更穩(wěn)定。-量產(chǎn)規(guī)模大，目前2000噸的年產(chǎn)能完全滿足客戶批量供應的需求，并且可以按照客戶的要求實現(xiàn)定制生產(chǎn)；-產(chǎn)品生產(chǎn)效率高，單位能耗低，與市場同類產(chǎn)品相比具有最高的性價比；久兆磷酸鐵鋰特點更強的性價比exp.exp.久兆磷酸鐵鋰實際表現(xiàn)高活性物質含量高的漿料固含量高的放電平臺率更低的輔料用量更低的自放電率更低的使用成本三高 與 三低 特點類別正極負極項目材料比例材料比例配方設計a1195%fsn-495%superp+

14、vgcf2%superp1%ks60%cmc1.6%hsv9003%sbr2.4%隔膜選擇長度：1700mm；厚度：0.025mm基材長度771mm835mm基材厚度0.020mm0.010mmifr18650 實例（1）正極漿料固含量53%，粘度3500mpa.s；（2）正極片涂覆參數(shù)：120g/m2（單面）；（3）正極片輥壓參數(shù)：2.00g/ml（最大值2.4g/ml）；exp.exp.久兆磷酸鐵鋰實際表現(xiàn)極片涂覆情況-涂覆面光滑-不掉粉-易輥壓烘烤厚度反彈變化率1.5%exp.exp.久兆磷酸鐵鋰實際表現(xiàn)電池內(nèi)阻測試狀態(tài)averagestdev.maxmin化成前內(nèi)阻（m）11.60.2

15、312.111.4化成后內(nèi)阻（m）13.50.3313.812.9比較優(yōu)良的內(nèi)阻表現(xiàn)exp.exp.久兆磷酸鐵鋰實際表現(xiàn)電池分容測試狀態(tài)averagestdevmaxmin容量（mah）11568.2511671152比容量（mah/g）125.50.72126.9124.1穩(wěn)定的容量發(fā)揮exp.exp.久兆磷酸鐵鋰實際表現(xiàn)循環(huán)性能exp.exp.久兆磷酸鐵鋰實際表現(xiàn)專利技術 制造工藝研究與發(fā)展 久兆研發(fā)與技術銻元素摻雜技術 電導率提升：一百萬倍久兆研發(fā)與技術專利技術lifepo4電導率約10-10-10-9（s/cm）life1-xsbxpo4 電導率約10-4-10-3 （s/cm）閃蒸干燥技術 單位產(chǎn)品能耗只有傳統(tǒng)干燥方法的1.8% 久兆研發(fā)與技術專利技術久兆研發(fā)與技術制造工藝前軀體制備高溫合成精細化處理目的：使鋰、鐵、磷、氧得到充分而均勻的混合久兆研發(fā)與技術前軀體制備目的：高溫固相反應使前軀體成為磷酸鐵鋰久兆研發(fā)與技術高溫合成目的：使磷酸鐵鋰易于制造電池并發(fā)揮最大效能精細化處理久兆研發(fā)與技術新的原料體系制造磷酸鐵鋰生物冶金領域制備磷酸鐵鋰前軀體下一代正極