磷酸铁锂理论知识.pdf

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1、磷酸铁锂理论知识引言能源问题与环境问题日趋严重，现阶段使用的石化能源也会在未来中使用殆尽，寻找新的替代能源是现在的重点。伴随人们节能意识的加强，电动车和混合电动车以及动力电源等也得到了迅猛的发展。目前,电动车或混合电动车中主要使用的铅酸和镍氢电池使用寿命短,容易污染环境;而锂离子电池以其优良的性能,一经发现就受到广泛的关注,具有取代铅酸和镍氢电池做电动车或混合电动车电源的绝对优势。锂离子电池锂离子电池作为一种高性能的二次绿色电池,具有高电压、高能量密度(包括体积能量、质量比能量)、低的自放电率、宽的使用温度范围、长的循环寿命、环保、无记忆效应以及可以大电流充放电等优点，

2、是未来几年最有潜力的电源电池，但是制约锂离子电池大量推广工业化的瓶颈之一就是正极材料，在要求锂离子电池上述优点稳定性的前提下，价格和资源问题也是不可忽视的重要因素。目前研究最广泛的正极材料有LiCoO2、LiNiO2以及LMin2O4等,但由于钴有毒且资源有限,镍酸锂制备困难,锰酸锂的循环性能和高温性能差等因素,制约了它们的应用和发展。因此,开发新型高能廉价的正极材料对锂离子电池的发展至关重要。1997年,Goodenough等首次报道了具有橄榄石结构的磷酸铁锂可以用作锂电池以来，引起了广泛的关注和大量的研究，磷酸铁锂具有170mAh/g的理论比容量和3.5V的对锂充电

3、平台，与上述传统的锂电池材料相比，具有原料来源广泛，成本低，无环境污染，循环性能好，热稳定性好，安全性能突出等优点，是动力型锂离子电池的理想正极材料。一、LiFePO4的结构和性能LiFePO4具有橄榄石结构，正交晶系，其空间群是Pmnb型。O原子以稍++微扭曲的六方紧密堆积方式排列，只能为Li提供有限的通道，使得室温下Li在其中的迁移速率很小。Li与Fe原子填充O原子八面体空隙中。P占据了O原子四面体空隙。一个FeO6八面体与两个LiO6八面体共棱；由于近乎六方堆积的氧原子的紧密排列,使得锂离子只能在二维平面上进行脱嵌,也因此具有了相132+3+对较高的理论密度(3.

4、6g/cm)。在此结构中,Fe/Fe相对金属锂的电压为3.4V。1.高能量密度其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140mAh/g（0.2C，25°C）；2.安全性是目前最安全的锂离子电池正极材料；不含任何对人体有害的重金属元素；3.寿命长在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上；(原因：磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是电子离子传导率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。解决方法：在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。)4.无记忆效应5.充电性能磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用

5、大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。具体的物理参数：松装密度：0.7g/cm2振实密度：1.2g/cm中粒径：2-6um比表面积<30m/g涂片参数：LiFePO4:C:PVDF=90:3:7极片压实密度：2.1-2.4g/cm电化性能：克容量>155mAh/g测试条件：半电池，0.2C，电压4.0-2.0V循环次数：2000次磷酸铁锂各项参数对电池的影响：1.粒径粒径对电池低温性能影响较大，粒径减小，锂离子在磷酸铁锂粒子内部扩散路径减小；材料活性比表面积增大，电化学反应活性增加。粒径小的磷酸铁锂电池在-30℃低倍率放电时中值电压高于大粒径的磷酸铁锂电池。但是当电池

6、在低温高倍率放电时，颗粒之间的接触电阻会成为影响电池低温放点性能的主要因素，小粒径的磷酸铁锂材料颗粒间接触点增多，电阻也会增加，因此小粒径的磷酸铁锂电池的低温大倍率放点电压反而低于大粒径的磷酸铁锂电池。从大量的制浆经验以及行业同行的交流反馈来看，粒度分布几乎决定了磷酸铁锂材料的加工性能，其关键指标是D50。钴酸锂、锰酸锂10um≤D50≤20um，匀浆涂布没有任何问题；磷酸铁锂根据厂家不同的工艺，基本分两种：A:1um≤D50≤2.5um，(大多数厂商)B:3.5um≤D50≤8um，（少数厂商）以上两种材料，B的加工性能要好于A。颗粒越小，同等质量的材料的颗粒数量越多

7、，同样的工艺条件下分散越困难。2.比表面积——电化学性能&加工性能通常情况下，对于大多数企业所采用的草酸亚铁+有机碳分解的工艺路线，LFP的比表面积与碳含量呈线性关系。比表面积太小，说明材料的碳包覆量不够，直接体现是电池内阻偏高、放电平台低、容量发挥低、倍率性能不佳、循环性能不好。3比表面积过大，说明材料的碳包覆量过高或者粒度呈纳米级。直接的体现是材料的电化学性能极好，但活性高、易团聚、难分散、极片加工困难。2经过材料企业与电池企业的长期磨合，目前比表面积控制在15±2m/g较为合适,能兼顾电化学性能和加工性能。当然也有例外，对于其他的工