锂离子动力电池用正极材料LiFePO4的研发

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1、锂离子动力电池用正极材料LiFePO4的研发动力汽车用电池的研发组成材料电芯系统推广动力电池的成功应用，需要各个步骤紧密配合，相互优化！锂离子电池的组成1.正极材料2.负极材料3.电解液4.隔膜正极材料：LiCoO2,LiMn2O4,LiMnCoNiO2,LiFePO4负极材料：石墨,Li4Ti5O12电解液：碳酸酯+LiPF6隔膜：PE/PP微孔膜LiFePO4（LFP）的介绍LFP具有橄榄石结构。1996年，德克萨斯州大学的JohnGoodenough教授研究组开始了LiFePO4在二次电池正极材料方面

2、的研究工作，此后由于LFP具有成本低、无毒、资源丰富、热稳定性高、安全性高以及良好的电化学性质等优点，逐渐成为研究的热点，并成为目前非常有前景的一类锂离子电池正极材料。LFP理论比容量为170mAh/g。早期的实际容量约为理论容量的60%左右，经过加入碳和其他添加剂后，可实现理论容量的90%左右,是电动汽车（EV）和混合电动汽车（HEV）动力电池正极材料的最佳选择。LFP是引发锂离子电池产业革命的一种新材料，由于其自身的优势，其被广泛的应用于混合动力汽车，电动工具，电动自行车，放电储能装置。2009年，全球

3、LFP的市场规模达到280亿元，对于LFP的需求是6万吨，而2008年全球LFP的生产能力小于1万吨。目前LFP市场售价是16-17万/吨，成本是5-6万/吨，利润率达60-70%,2010年全球LFP的市场缺口将达10万吨，因此材料的市场是供不应求。国际上生产商有美国的Valence，A123，日本Sony，加拿大的Phostech。国内的生产商有台湾立凯（Alees）深圳比亚迪，深圳贝特瑞，天津斯特兰，北京北大先行，北京当升，苏州恒正等50几家。LiFePO4的市场需求LiFePO4的专利分析有关LFP

4、的专利数量较大，仅分析了在锂电池领域具有领先地位的六家公司：1.德州大学3项2.Phostech11项3.A1239项4.Valence公司7项5.Sony39项6.比亚迪35项共计104项LFP的专利。锂离子电池的工作原理在充电过程中电池正极发生的反应为LiFePO4-Li+-e-Fe3++PO43-负极发生的反应为Li++e-Li(C)在放电过程中电池正极发生的反应为Li++e-+Fe3++PO43-LiFePO4负极发生的反应为Li(C)Li++e-正极材料LiFePO4的特点优点1.成本低，

5、无毒2.稳定性好3.克容量高缺点1.LFP中的电子传导率较低2.LFP中Li+传导率较低3.LFP的振实密度较低LFP电极传输率的决定因素w=ei/e+iw是电极传输率e是电子电导率在10-9s/cm量级i是离子传输率在10-11s/cm量级目前提高LiFePO4材料性能的途径1.包覆2.纳米化3.球形化4.掺杂正极隔膜负极我们所做的工作LiFePO4的制备1.采用均相共结晶方法制备纳米前驱体。2.喷雾造粒，干燥前驱体。3.弱还原气氛烧结，晶化材料。4.筛分。LFP制备过程详细分述前驱体制

6、备：将含Li+，Fe2+，PO43-的盐分别溶解，然后按一定顺序加入到共结晶剂中，在一定pH值和一定温度下加速搅拌，让整个溶液充分混合，然后在一定温度下保持一段时间，目的是让整个溶液充分晶化反应，然后抽滤、洗涤获得的结晶体。（将获得纳米级的LiFePO4前驱体，其中纳米级的颗粒将是决定电池性能的决定性因素）喷雾造粒：喷雾干燥上述过程获得纳米前驱体，喷雾前可以在前驱体中混入碳，碳的来源可以是无机物或者有机物，喷雾的过程中要注意雾化器的转速，料液的浓度，进料速度，进出口温度等，目的要获得类球形的，多孔的，粒径小

7、于20m的颗粒。低温烧结：还原气氛的烧结过程要严格控制气氛炉中的氧含量，以避免Fe2+被氧化成Fe3+，同时还原性不能太强，否则会出现Fe2P。气氛炉的烧结条件要严格保持一致，目的是获得高一致性的材料，一般用的气体为N2/H2或者Ar/H2混合气体。分筛分装：采用超声振动筛，去除异常的大颗粒，然后分装，封袋。纳米级的前驱体（经40℃干燥）烧结后的样品（经500℃N2/H2气氛烧结）喷雾干燥后的颗粒（15%进口240℃出口温度为105℃）喷雾干燥颗粒经过500℃烧结改进条件喷雾干燥后的颗粒（浓度5%进口16

8、0℃出口60-70℃）500℃烧结后的样品结论采用均相结晶法和喷雾造粒法相结合可以制备出球形的LFP颗粒，一次粒子为纳米粒子，二次粒子为微米粒子。生产成本满足产业化要求。喷雾后的样品具有一次粒子纳米化、二次粒子呈球形、多孔、粒径小于20um的特点材料的批量放大后的性能以及封装成大电池后的性能需要更一步的测试。Thanksforyourattention!