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磷酸铁锂晶粒的纳米化生产技术

时间:2022-12-19 21:20:42 点击:

近些年,高能锂离子电池在动力工具和电动车辆等领域的应用越来越广泛。目前锂离子电池采用LiCoO2作为正极材料,但它在安全和环保方面均存在一些问题,因此需要一种低成本、可持续的材料来取代市场上昂贵、有毒的LiCoO2。橄榄石型LiFePO4以其成本低、环境友好、理论比容量高达170mAh/g、循环稳定性好等优良特性,被认为是最有前途的锂离子电池正极材料之一。但是LiFePO4的低导电率(10-9S/cm)和低锂离子扩散速率导致了LiFePO4的低比容量,限制了它的商业化进程,特别是阻碍了它在锂离子电池盒混合电动车辆领域的大规模应用,因而改进其化学性能具有重要意义。

提高LiFePO4的电化学性能主要有以下两个途径:一是合成含导电材料的LiFePO4复合物,包括碳包覆、金属惨杂等;二是通过优化合成过程以减小产物尺寸,使粒径分布均匀。锂离子电池能耐量密度与LiFePO4材料堆积密度密切关联,而堆积密度受材料的颗粒形貌和粒径分布直接影响。由于在纳米尺度上对LiFePO4进行合成和改进可提高其电子传导率和离子传导率,进而改善材料电化学性能,因此合成纳米LiFePO4材料工艺的选择和优化具有重要意义。

纳米磷酸铁锂合成方法
相对高温固相反应法、碳热还原法、机械化学法和微波合成法等干法合成,湿化学法可有效克服产物粒径大、均匀性不佳、批次稳定性差的缺点,并且可以解决规模化生产过程中产品质量的一致性问题。湿化学法包括如下几种:
①溶胶凝胶法
②水/溶剂热合成法
③液相共沉法
④还原锂化法
⑤乳化干燥法

我国在2009年3月发布了《汽车产业调整和振兴规划》。其中指出,未来三年,中国将形成50万辆纯电动混合动力和普通型混合动力新能源汽车产能。并且提出要掌握新能源汽车的专用发动机及其动力模块的优化设计和规模生产。其中电池正极材料直接解决了新能源汽车的动力系统-电池的安全性能及其能否大型化,它是整个产业链发展的核心。磷酸铁锂作为绿色能源产业,已被列入一系列国家计划当中。当前相关产业链已初具规模。

针对磷酸铁锂导电性差、振实密度低、锂离子扩散速度慢的缺点,LiFePO4晶粒的纳米化生产技术,最近国内的一家企业也报道称已成功实现纳米LiFePO4的湿化学法规模生产。高纯度,小颗粒尺寸及窄粒径分布,能量密度高,低沉本合成路线,规模化生产,产品批次稳定性好等是今后LiFePO4纳米化生产的发展方向。