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磷酸亞鐵鋰
磷酸亞鐵鋰，化學式：LiFePO4，磷酸亞鐵鋰為近來新開發(fā)的鋰離子電池電極材料，主要用于動力鋰離子電池，作為正極活性物質(zhì)使用，人們習慣也稱其為磷酸鐵鋰。
特點介紹
磷酸亞鐵鋰電極材料主要用于動力鋰離子電池。
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. Goodenough等研究人員，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。
磷酸亞鐵鋰性能
1、高能量密度，其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實際比容量已超過150 mAh/g（0.2C, 25°C）；
2、安全性，是目前最安全的鋰離子電池正極材料；而且不含任何對人體有害的重金屬元素。
3、壽命長。在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上，這是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，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。為了將其應用到電動車和電動工具上，人們在材料的表面包覆導電材料（主要是碳）、摻雜其他金屬氧化物取代部分Fe的晶格位置，已經(jīng)使磷酸亞鐵鋰的導電性提高了100萬倍以上。現(xiàn)在，該材料制成的鋰離子電池，可以進行10--20C甚至30C的大電流放電和充電，而且放電性能優(yōu)良。)
4、無記憶效應；
5.、電性能，磷酸亞鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，現(xiàn)在最快可在30分鐘內(nèi)將電池充滿。
具體的物理參數(shù)：
松裝密度：0.8g/cm
振實密度：1.1--1.4g/cm
中位粒徑：2.0--5.0um
比表面積<15m/g
涂片參數(shù)：
LiFePo4:C:PVDF=90:3:7
極片壓實密度：2.1-2.4g/cm
電化性能：
克容量>150mAh/g ，測試條件：半電池：0.2C，4--2.0V，大于154mAh；根據(jù)實際電池0.2C放電，放電電壓：3.65V--2.5V，溫度25℃，放電容量大于150mAh。
循環(huán)次數(shù)2000次
磷酸亞鐵鋰材料的現(xiàn)狀
磷酸亞鐵鋰是一種新型鋰離子電池電極材料。目前全球已經(jīng)有很多廠家開始了工業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)國際磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)商有：
國內(nèi)：天津斯特蘭 北大先行 湖南瑞翔 蘇州恒正。其中天津斯特蘭現(xiàn)在材料穩(wěn)定批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，北大先行小批量生產(chǎn)，臺灣立凱電能，也實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。
國際：加拿大Phostech、美國Valence、美國A123、日本sony。 其中A123規(guī)模最大且得到美國政府的大力資助。
磷酸亞鐵鋰放電容量大，價格相對低廉，無毒性，不造成環(huán)境污染。世界各國正競相研究，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
但是磷酸亞鐵鋰材料的振實密度低，影響了其制成電池后電容量的發(fā)揮。
目前主要的生產(chǎn)方法為活法，產(chǎn)品指標不穩(wěn)定。
鋰離子電池的性能主要取決于正負極材料，磷酸亞鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸亞鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標。1CDOD充放循環(huán)壽命達2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸亞鐵鋰正極材料可以做成更大容量鋰離子電池，更易串聯(lián)使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要。其無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。
磷酸亞鐵鋰的研究狀況
正交橄欖石結構的LiFePO4 正極材料已逐漸成為國內(nèi)外新的研究熱點。該新型正極材料集中了LiCoO2、LiCoxNiyMnzO2(x+y+z=1)、LiMn2O4 這3種目前在鋰離子電池上大量使用的正極材料的優(yōu)點：不含貴重元素，原料廉價，資源極大豐富；工作電壓適中（3.2V）；平臺特性好，電壓極平穩(wěn)（可與穩(wěn)壓電源媲美）；理論容量大（170mAh/g）；結構穩(wěn)定，安全性能極佳（O 與P 以強共價鍵牢固結合，使材料很難析氧分解）；高溫性能和熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已知的其它正極材料；循環(huán)性能好；充電時體積縮小，與碳負極材料配合時的體積效應好；與大多數(shù)電解液系統(tǒng)兼容性好，儲存性能好；無毒，為真正的綠色材料。
與LiCoO2、LiCoxNiyMnzO2(x+y+z=1)、LiMn2O4 等正極材料相比，LiFePO4 正極材料在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢，可望成為中大容量、中高功率鋰離子電池首選的正極材料。
該材料的產(chǎn)業(yè)化和普及應用對降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴大鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，促進鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義，將使鋰離子電池在中大容量UPS、中大型儲能電池、電動工具、電動汽車中的應用成為現(xiàn)實。
然而，磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點一直難以找到有效的解決方法，這阻礙了材料的實際應用。鈷酸鋰的理論密度為5.1g/cm3，商品鈷酸鋰的振實密度一般為2.2-2.4g/cm3；而磷酸鐵鋰的理論密度僅為3.6g/cm3，本身就比鈷酸鋰要低得多。
為提高導電性，人們摻入導電碳材料，又顯著降低了材料的堆積密度，使得一般摻碳磷酸亞鐵鋰的振實密度只有1.0-1.3g/cm3。如此低的堆積密度使得磷酸亞鐵鋰的體積比容量比鈷酸鋰低很多，制成的電池體積大，成本相對較高，影響了實際應用。
因此，提高磷酸亞鐵鋰的堆積密度和體積比容量對磷酸亞鐵鋰的實用化具有決定意義。粉體材料的顆粒形貌、粒徑及其分布直接影響材料的堆積密度，為此，人們對磷酸亞鐵鋰材料向球形方向進行研究。研究和實際應用表明，球形產(chǎn)品不僅具有堆積密度高、體積比容量大等突出優(yōu)點，而且還具有優(yōu)異的流動性、分散性和可加工性能，十分有利于制作正極材料漿料和電極片的涂覆，提高極片品質(zhì)；此外，相對于無規(guī)則的顆粒，規(guī)則的球形顆粒表面比較容易包覆完整、均勻、牢固的修飾層，因此球形產(chǎn)品更有希望通過表面修飾進一步改善綜合性能。
人們進行濕法前驅(qū)體預處理、2次燒結的研究。在此基礎上，添加含碳的材料和過渡元素氧化物、稀土元素氧化物等方式，采用二價鐵鹽或三價鐵鹽、磷酸或磷酸鹽、氨水為原料，通過控制結晶技術合成高密度球形磷酸亞鐵前驅(qū)體，再與鋰源、碳源共混熱處理，通過碳熱還原法合成摻碳的高密度近球形磷酸亞鐵鋰。該磷酸亞鐵鋰粉體材料由單分散球形顆粒組成、粒徑可達到4.5-10μm、振實密度可達1.4-1.8g/cm3、可逆容量超過了150mAh/g，導電性提高了100萬倍的LiFePO4 正極材料，這對磷酸亞鐵鋰材料應用到大容量、高功率的鋰離子電池上成為可能，極大地促進該材料的產(chǎn)業(yè)化。
參考資料
1.
磷酸亞鐵鋰電池的發(fā)展現(xiàn)狀 ．中國儲能網(wǎng)[引用日期2016-05-31]
磷酸亞鐵鋰，化學式：LiFePO4，磷酸亞鐵鋰為近來新開發(fā)的鋰離子電池電極材料，主要用于動力鋰離子電池，作為正極活性物質(zhì)使用，人們習慣也稱其為磷酸鐵鋰。
特點介紹
磷酸亞鐵鋰電極材料主要用于動力鋰離子電池。
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. Goodenough等研究人員，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。
磷酸亞鐵鋰性能
1、高能量密度，其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實際比容量已超過150 mAh/g（0.2C, 25°C）；
2、安全性，是目前最安全的鋰離子電池正極材料；而且不含任何對人體有害的重金屬元素。
3、壽命長。在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上，這是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，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。為了將其應用到電動車和電動工具上，人們在材料的表面包覆導電材料（主要是碳）、摻雜其他金屬氧化物取代部分Fe的晶格位置，已經(jīng)使磷酸亞鐵鋰的導電性提高了100萬倍以上。現(xiàn)在，該材料制成的鋰離子電池，可以進行10--20C甚至30C的大電流放電和充電，而且放電性能優(yōu)良。)
4、無記憶效應；
5.、電性能，磷酸亞鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，現(xiàn)在最快可在30分鐘內(nèi)將電池充滿。
具體的物理參數(shù)：
松裝密度：0.8g/cm
振實密度：1.1--1.4g/cm
中位粒徑：2.0--5.0um
比表面積<15m/g
涂片參數(shù)：
LiFePo4:C:PVDF=90:3:7
極片壓實密度：2.1-2.4g/cm
電化性能：
克容量>150mAh/g ，測試條件：半電池：0.2C，4--2.0V，大于154mAh；根據(jù)實際電池0.2C放電，放電電壓：3.65V--2.5V，溫度25℃，放電容量大于150mAh。
循環(huán)次數(shù)2000次
磷酸亞鐵鋰材料的現(xiàn)狀
磷酸亞鐵鋰是一種新型鋰離子電池電極材料。目前全球已經(jīng)有很多廠家開始了工業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)國際磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)商有：
國內(nèi)：天津斯特蘭 北大先行 湖南瑞翔 蘇州恒正。其中天津斯特蘭現(xiàn)在材料穩(wěn)定批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，北大先行小批量生產(chǎn)，臺灣立凱電能，也實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。
國際：加拿大Phostech、美國Valence、美國A123、日本sony。 其中A123規(guī)模最大且得到美國政府的大力資助。
磷酸亞鐵鋰放電容量大，價格相對低廉，無毒性，不造成環(huán)境污染。世界各國正競相研究，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
但是磷酸亞鐵鋰材料的振實密度低，影響了其制成電池后電容量的發(fā)揮。
目前主要的生產(chǎn)方法為活法，產(chǎn)品指標不穩(wěn)定。
鋰離子電池的性能主要取決于正負極材料，磷酸亞鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸亞鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標。1CDOD充放循環(huán)壽命達2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸亞鐵鋰正極材料可以做成更大容量鋰離子電池，更易串聯(lián)使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要。其無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。
磷酸亞鐵鋰的研究狀況
正交橄欖石結構的LiFePO4 正極材料已逐漸成為國內(nèi)外新的研究熱點。該新型正極材料集中了LiCoO2、LiCoxNiyMnzO2(x+y+z=1)、LiMn2O4 這3種目前在鋰離子電池上大量使用的正極材料的優(yōu)點：不含貴重元素，原料廉價，資源極大豐富；工作電壓適中（3.2V）；平臺特性好，電壓極平穩(wěn)（可與穩(wěn)壓電源媲美）；理論容量大（170mAh/g）；結構穩(wěn)定，安全性能極佳（O 與P 以強共價鍵牢固結合，使材料很難析氧分解）；高溫性能和熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已知的其它正極材料；循環(huán)性能好；充電時體積縮小，與碳負極材料配合時的體積效應好；與大多數(shù)電解液系統(tǒng)兼容性好，儲存性能好；無毒，為真正的綠色材料。
與LiCoO2、LiCoxNiyMnzO2(x+y+z=1)、LiMn2O4 等正極材料相比，LiFePO4 正極材料在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢，可望成為中大容量、中高功率鋰離子電池首選的正極材料。
該材料的產(chǎn)業(yè)化和普及應用對降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴大鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，促進鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義，將使鋰離子電池在中大容量UPS、中大型儲能電池、電動工具、電動汽車中的應用成為現(xiàn)實。
然而，磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點一直難以找到有效的解決方法，這阻礙了材料的實際應用。鈷酸鋰的理論密度為5.1g/cm3，商品鈷酸鋰的振實密度一般為2.2-2.4g/cm3；而磷酸鐵鋰的理論密度僅為3.6g/cm3，本身就比鈷酸鋰要低得多。
為提高導電性，人們摻入導電碳材料，又顯著降低了材料的堆積密度，使得一般摻碳磷酸亞鐵鋰的振實密度只有1.0-1.3g/cm3。如此低的堆積密度使得磷酸亞鐵鋰的體積比容量比鈷酸鋰低很多，制成的電池體積大，成本相對較高，影響了實際應用。
因此，提高磷酸亞鐵鋰的堆積密度和體積比容量對磷酸亞鐵鋰的實用化具有決定意義。粉體材料的顆粒形貌、粒徑及其分布直接影響材料的堆積密度，為此，人們對磷酸亞鐵鋰材料向球形方向進行研究。研究和實際應用表明，球形產(chǎn)品不僅具有堆積密度高、體積比容量大等突出優(yōu)點，而且還具有優(yōu)異的流動性、分散性和可加工性能，十分有利于制作正極材料漿料和電極片的涂覆，提高極片品質(zhì)；此外，相對于無規(guī)則的顆粒，規(guī)則的球形顆粒表面比較容易包覆完整、均勻、牢固的修飾層，因此球形產(chǎn)品更有希望通過表面修飾進一步改善綜合性能。
人們進行濕法前驅(qū)體預處理、2次燒結的研究。在此基礎上，添加含碳的材料和過渡元素氧化物、稀土元素氧化物等方式，采用二價鐵鹽或三價鐵鹽、磷酸或磷酸鹽、氨水為原料，通過控制結晶技術合成高密度球形磷酸亞鐵前驅(qū)體，再與鋰源、碳源共混熱處理，通過碳熱還原法合成摻碳的高密度近球形磷酸亞鐵鋰。該磷酸亞鐵鋰粉體材料由單分散球形顆粒組成、粒徑可達到4.5-10μm、振實密度可達1.4-1.8g/cm3、可逆容量超過了150mAh/g，導電性提高了100萬倍的LiFePO4 正極材料，這對磷酸亞鐵鋰材料應用到大容量、高功率的鋰離子電池上成為可能，極大地促進該材料的產(chǎn)業(yè)化。
參考資料
1.
磷酸亞鐵鋰電池的發(fā)展現(xiàn)狀 ．中國儲能網(wǎng)[引用日期2016-05-31]