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化工原料常见问题

磷酸铁锂制备工艺介绍

频道:化工原料常见问题 日期: 浏览:124

磷酸铁锂具有橄榄石结构,循环性能好、电化学性能稳定、价格低廉等特点,常用作动力锂离子电池正极材料。

磷酸铁锂的分子表达式为LiFePO4 ,其在锂电池充放电过程中的作用原理为:

当锂电池充电时,锂离子Li+从磷酸铁锂正极材料LiFePO4 中脱离,穿过电池隔膜和电解液后嵌入负极材料,完成充电过程,失去Li+的LiFePO4变成脱锂产物—磷酸铁FePO4。

当锂电池放电时,Li+从负极材料中脱离,穿过电池隔膜和电解液后回到正极材料,FePO4在Li+嵌入后变回LiFePO4 ,完成放电过程。

磷酸铁锂电池充放电原理.png

磷酸铁锂制备工艺多样,主要分为固相法,液相法这两大主流工艺。固相法是目前最成熟也是应用最广的磷酸铁锂合成方法,液相法工艺难度较大。今天小编给大家介绍几种磷酸铁锂制备工艺方法:

磷酸铁锂制备工艺.png

1. 固相法---草酸亚铁工艺路线

固相法---草酸亚铁工艺路线.png

锂盐: 碳酸锂LiCO3、氢氧化锂 LiOH、醋酸锂CH3COOLi,

铁源:草酸亚铁FeC2O4.H2O;草酸亚铁Fe(CH3COO)2,

磷源 : 磷酸二氢铵 NH4H2PO4、磷酸氢二铵 (NH4) 2HPO4

 固相法---草酸亚铁工艺路线优缺点

优点:目前最主流的生产路线,工艺简单,易实现产业化。

缺点:

1、 草酸亚铁纯度低,副产品FeSO4 很多,放置一段时间三价铁会比较多。

2、 草酸亚铁原料形貌控制非常困难,导致成品磷酸铁锂加工性能较差。

3、 由于采用三种原料,混料的均匀性控制差,容易氧化,对烧结炉的气氛保护气筒要求较高。

4、 工艺路线能耗高,生产周期长,排除的氨气有污染,产品的烧成率低 于50%,成品率过低。

2. 碳热还原法---磷酸铁工艺路线

碳热还原法---磷酸铁工艺路线.png

锂盐:碳酸锂Li₂CO₃、氢氧化锂LiOH、醋酸锂CH₃COOLi

铁源和磷源 :磷酸铁FePO₄ ·4H₂O

碳源:葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、炭黑等

代表企业:湖南裕能,国轩高科、湖北万润,安达科技,龙蟠科技,丰元锂能等

磷酸铁工艺路线的优缺点:

优点:

1、 可实现一次球磨、 一次干燥和一次烧结,工艺简单,能耗少;

2、 烧成率接近70%,原材料易混合均匀,颗粒较细;

缺点:

1、磷酸铁锂材料性能严重依赖磷酸铁原料的品质,原材料的铁磷比不可控。

2、 磷酸铁一项就达到原料成本的50%以上,必须大幅消减成本,才能让其优质的电性能和市场价格相匹配。

3. 碳热还原法---铁红工艺路线

碳热还原法---铁红工艺路线.png

锂源和磷源:磷酸二氢锂LiH₂PO₄

碳源:葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、炭黑等

代表企业:重庆特瑞等

铁红工艺路线的优缺点:

优点:

1、原料成本低

2、该工艺路线生产的磷酸铁锂形貌可控,加工性能最好,

3、 因采用两种原料,混料均匀性控制较好,无需考虑三价铁源在干燥过程中的氧化问题,稳定性控制较好。只需要采用一次烧结,工艺流程简单,易控制,成品率高达80%左右。    

缺点:

1、氧化铁红杂质较高,纯度很难高于99%;

2、磷酸二氢锂中的磷酸根和锂不易实现准确化学计量比。

3、容量是最差的,产品性价比偏低。     

4. 液相法--水热法

液相法--水热法.png

锂盐:碳酸锂Li₂CO₃ 、氢氧化锂 LiOH、 醋酸锂CH₃COOLi

铁源:硫酸亚铁FeSO4 ·7H2O

磷源:H₃ PO₄

碳源:葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、炭黑等

代表企业:德方纳米       

水热法工艺路线的优缺点:

优点:

1、原料成本低,品质容易控制,工艺重现性好;

2、 电化学性能好,尤其是低温性能好;     

缺点:

1、锂的摩尔投入量是铁的三倍,需考虑锂的回收,回收成本高;

2、对反应釜的温度、压力、耐腐蚀性能等要求高,难以大规模批量生产。

不同生产路线比较:

(1)草酸亚铁路线仍然是目前最主流的合成路线,但设备依存度较高,生产周 期比较长,形貌调控问题是该路线的难点,导致稳定性不理想。

(2)氧化铁工艺路线比较成熟,产业化基础强,稳定性好,成本和性能方面都 有较大的优势;

(3)磷酸铁路线成本比较高,仅磷酸铁一项就达到原材料成本的50%以上,必须大幅削减成本,才能让其优质的电性能和市场价格相匹配。


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