磷酸铁锂正极材料的对比性能研究

《磷酸铁锂正极材料的对比性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、磷酸铁锂正极材料的对比性能研究马国正陈红雨/华南师范大学化学与环境学院李汝文陈战军/深圳市科拓新能源材料有限公司陈雨红/广东高校动力与储能电池产学研基地摘要：本文将深圳科拓生产的LTD-N型和LTD-W型磷酸铁锂正极材料与国内外磷酸铁锂正极材料进行了对比研究与测试。指出了磷酸铁锂正极材料的推广应用问题主要在于解决磷酸铁锂生产批量的稳定性和一致性。关键词：磷酸铁锂锂离子电池正极材料锂离子电池作为一种绿色新型能源技术，有非常重要和广泛的应用前景。而对于电极材料的研究，在开发具有良好性能和特殊用途的锂离子电池中有极其重要的作用。近年来研究的磷酸铁锂正极材料，其安全性能和循环寿命是其它正极材料所

2、无法相比的，也是作为发大容量锂离子电池和动力电池最有希望的正极材料。预计，2020年全球锂离子电池市场将超过8万亿日元(相当于720亿美元)，主要为电动车和便携式应用，不包括储能用电池。而2010年全球二次电池市场才超过1万亿日元，约90亿美元。2010年全球锂离子电池正材料的产量为5349。吨，其中UMICORE、日亚和中国的产量占前三，而正极材料的种类主要有钻酸锂、三元材料、镍酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等。根据中国化学与物理电源行业协会的统计，2010年我国正极材料的总产量27500吨，其中钻酸锂:16600吨，三元材料:5000吨，锰酸锂:3700吨，磷酸铁锂:1400吨，其他:800

3、吨。对于具有非常重要应用前景的磷酸铁锂材料，国内外已有众多厂家生产，但产品质量良芳不齐，最关键的是产品的一致性很差，得不到很好的应用。由于磷酸铁锂材料的质量不稳定性导致电池厂家不敢广泛使用磷酸铁锂材料。本文针对深圳市科拓新能源材料有限公司生产的容量型(LTD-N)磷酸铁锂和功率型(LTD-W)磷酸铁锂正极材料进行了研究和对比测试。直接从深圳科拓公司的生产线上抽取样品进行试验。生产磷酸铁锂材料，首先通过对原料外观、纯度、水含量和粒度检测，然后对生产过程的纯水电阻率，微晶化粒度，球型化，烧结氧浓度等进行控制，再通过粉碎、机械改性和表面处理。最后得到产品容量>138mAh/g，粒径为2一3μm

4、，振实密度为1.0g/m3，比表面积<<15m2/g，碳含量为2-3%。其整个生产过程前后经过29道检测，可以确保生产出性能优异、质量稳定且一致性好的产品。其生产工艺流程如下图所示。通过在深圳科拓生产线上直接抽取磷酸铁锂样本，进行多个不同生产批次的平行试验，结果表明，磷酸铁锂电池正极产品性能优异，质量稳定，具体的测试结果见下图。从图2和图3可以看出，LTD-N型磷酸铁锂正极材料具有高容量(1C达145mAh/g)、高电压平台(3.38V)，快速充电(6分钟充满95%容量)和良好的循环性能(1000周循环容量保持率93%以上)。在磷酸铁锂材料的瓶颈低温性能方面，也表现了较优越的性能，零下2

5、0度容量保持率大于70%，远超国家60%的标准。可成功的用于电动车、储能、小型电动工具等要求中等功率输出的领域。从图4和图5可以看出，LTD-W型磷酸铁锂正极材料具有较高容量(1C放电接近140mAh/g)、高电压平台(3.38V)、较明显的高倍率放电容量保持性能(10C充放500周容量保持率97%，20C充放50。周容量保持率88%)，此外，充电速度快(6分钟可充满96%容量)，振实密度为1.6g/cm3。LTD-W型磷酸铁锂不仅具有快速充电、高电压平台、高振实密度、大倍率循环等优越性能，还具备良好的加工性能(极片光滑、柔软、不掉粉)，适用于大型电动工具、电动汽车、军事等要求瞬间大功率

6、放电的领域。我们将上述深圳科拓(LTD-N)型磷酸铁锂产品与国内外众多厂家的磷酸铁锂产品进行了性能对比研究，结果如表1和表2。性能指标生产厂家1C容量1C效率1C电压10C/1C1000周循环mAh/g%V%%北方A厂136.192.23.3593.484.5北方B厂136.491.73.2792.587.9北方C厂128.486.33.3291.987.3南方A厂127.084.63.2591.788.4南方B厂140.290.23.3790.489.1深圳科拓141.491.93.3895.393.7表1深圳科拓与国内厂家的磷酸铁锂产品性能比较性能指标生产厂家1C容量1C效率1C电压

7、10C/1C1000周循环mAh/g%V%%台湾A厂140.790.53.3893.588.1台湾B厂116.490.43.3492.491.2台湾C厂138.088.33.3590.788.4北美A厂146.293.63.3796.891.8北美B厂144.994.43.3896.292.3深圳科拓141.491.93.3895.593.7表2深圳科拓与海外同行的磷酸铁锂产品性能比较从表1和表2可以看出，深圳科拓的磷酸铁锂产品与国