（參考幻燈片）LFP(磷酸鐵鋰)材料基本介紹總結(jié).ppt

LFP材料知識(shí)介紹（2011.01.24）,久兆新能源科技有限公司,1,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,什么是磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)如何改善缺點(diǎn)如何獲得磷酸鐵鋰,2,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,什么是磷酸鐵鋰?磷酸鐵鋰是一種無(wú)機(jī)化合物屬于正交晶系橄欖石型結(jié)構(gòu)，空間群為Pnma磷酸鐵鋰用于鋰離子電池正極材料其理論比容量為170mAh/g,產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過(guò)140mAh/g主要應(yīng)用在動(dòng)力電池方面(HEV,EV,電動(dòng)工具）,3,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,磷酸鐵鋰晶體結(jié)構(gòu),4,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,磷酸鐵鋰的優(yōu)點(diǎn)原料來(lái)源豐富、價(jià)廉環(huán)境友好，不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素?zé)岱€(wěn)定性好循環(huán)性能好（在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上）,5,熱穩(wěn)定性好,6,循環(huán)性能好,磷鐵錳礦,磷酸鋰鐵礦,脫嵌,7,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,磷酸鐵鋰的缺點(diǎn),8,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,如何改善缺點(diǎn),9,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,碳包覆技術(shù)原料混合式加入,10,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,碳包覆技術(shù)燒結(jié)結(jié)束時(shí)加入,11,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,添加金屬粒子,12,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,導(dǎo)電有機(jī)物包覆,13,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,摻雜金屬離子,14,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,如何獲得磷酸鐵鋰,15,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,高溫固相反應(yīng)法,高溫固相反應(yīng)法典型工藝,16,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,碳熱還原法,碳熱還原法典型工藝,17,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,碳熱還原法優(yōu)點(diǎn),18,磷酸鐵鋰簡(jiǎn)介,常用原材料,19,磷酸鐵鋰,磷酸鐵鋰電極材料主要用于各種鋰離子電池.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(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后,1997年美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)John.B.Goodenough等研究群，也接著報(bào)導(dǎo)了LiFePO4的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國(guó)與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)的LiMn2O4和層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2相比，LiMPO4的原物料來(lái)源更廣泛、價(jià)格更低廉且無(wú)環(huán)境污染。,20,磷酸鐵鋰功能用途,磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料，而其它正極材料由于多種原因，目前在市場(chǎng)上還沒(méi)有大量生產(chǎn)。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過(guò)程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。,21,磷酸鐵鋰性能,磷酸鐵鋰性能特點(diǎn),高能量密度-其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過(guò)140mAh/g（0.2C,25C）;2.安全性-是目前最安全的鋰離子電池正極材料；不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素；3.壽命長(zhǎng)-在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上；(原因：磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)定性好，鋰離子的嵌入和脫出對(duì)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，在應(yīng)用方面受阻。解決方法：在電極表面包覆導(dǎo)電材料、摻雜進(jìn)行電極改性。4.無(wú)記憶效應(yīng)5.充電性能-磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，最快可在1小時(shí)內(nèi)將電池充滿。,22,磷酸鐵鋰物理參數(shù),粒度分布（particlesizedistribution）-將粉末試樣按粒度不同分為若干級(jí)，每一級(jí)粉末（按質(zhì)量、按數(shù)量或按體積）所占的百分率。表示粒度特性的幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：D50：一個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%，D50也叫中位徑或中值粒徑。D50常用來(lái)表示粉體的平均粒度。D97：一個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布數(shù)達(dá)到97%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑小于它的的顆粒占97%。D97常用來(lái)表示粉體粗端的粒度指標(biāo)。其它如D16、D90等參數(shù)的定義與物理意義與D97相似。,23,磷酸鐵鋰物理參數(shù),2.振實(shí)密度（tapdensity）-在規(guī)定條件下容器中的粉末經(jīng)振實(shí)后所測(cè)得的單位容積的質(zhì)量。,=m/v式中：粉末的振實(shí)密度，g/cmm粉料的質(zhì)量，gv粉料振實(shí)后的體積，cm,24,磷酸鐵鋰物理參數(shù),3.比表面積（specificsurfacearea）-單位體積或單位質(zhì)量顆粒的總表面積單位：/g,25,磷酸鐵鋰物理參數(shù),4.碳含量（C%）-單位體積或單位質(zhì)量中碳元素的含量-單位：%5.水分-單位體積或單位質(zhì)量中水份的含量6.XRD(X-raydiffraction)-X射線衍射，通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行X射線衍射，分析其衍射圖譜，獲得材料的成分、材料內(nèi)部原子或分子的結(jié)構(gòu)或形態(tài)等信息的研究手段。7.克容量-即單位重量的電池或活性物質(zhì)所能放出的電量-單位mAh/g,26,磷酸鐵鋰電池,磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料，而其它正極材料由于多種原因，目前在市場(chǎng)上還沒(méi)有大量生產(chǎn)。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過(guò)程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。,27,磷酸鐵鋰電池,磷酸鐵鋰電池是用來(lái)做鋰離子二次電池的,現(xiàn)在主要方向是動(dòng)力電池，相對(duì)NI-MH,Ni-Cd電池有很大優(yōu)勢(shì)。,28,超長(zhǎng)壽命,使用安全,更環(huán)保,更大容量,耐高溫,無(wú)記憶效應(yīng),快速充電,不燃燒不爆炸,快速充電快速放電,隨充隨用深度放電,無(wú)重金屬無(wú)污染,比鉛酸更大容量,更高溫度工作,充放2000次效率更高,磷酸鐵鋰電池特點(diǎn),更小更輕,體積鉛酸2/3重量鉛酸1/3,29,使用安全,1.超長(zhǎng)壽命-長(zhǎng)壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最高也就500次-磷酸鐵鋰電池，而磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電使用，可達(dá)到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護(hù)維護(hù)又半年”，最多也就11.5年時(shí)間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，將達(dá)到年。綜合考慮，性能價(jià)格比將為鉛酸電池的4倍以上。2.使用安全-磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問(wèn)題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強(qiáng)烈的碰撞下會(huì)產(chǎn)生爆炸對(duì)消費(fèi)者的生命安全構(gòu)成威脅，而磷酸鐵鋰以經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全測(cè)試即使在最?lèi)毫拥慕煌ㄊ鹿手幸膊粫?huì)產(chǎn)生爆炸。3.可大電流快速放電-可大電流2C快速充放電，在專(zhuān)用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動(dòng)電流可達(dá)2C,而鉛酸電池現(xiàn)在無(wú)此性能。,磷酸鐵鋰電池特點(diǎn),30,磷酸鐵鋰電池特點(diǎn),4.耐高溫-磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350500而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200左右。工作溫度范圍寬廣（-20C-75C），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350500而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200左右。5.大容量-具有比普通電池（鉛酸等）更大的容量。6.無(wú)記憶效應(yīng)-可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會(huì)迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無(wú)須先放完再充電7.體積小、重量輕-同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3重量是鉛酸電池的1/3。,31,8.綠色環(huán)保-該電池不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無(wú)毒（SGS認(rèn)證通過(guò)），無(wú)污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對(duì)的綠色環(huán)保電池證。鉛酸電池中卻存在著大量的鉛，在其廢棄后若處理不當(dāng)，仍將對(duì)環(huán)境夠成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無(wú)論在生產(chǎn)及使用中，均無(wú)污染，因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國(guó)家高科技發(fā)展計(jì)劃，成為國(guó)家重點(diǎn)支持和鼓勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)目。隨著中國(guó)加入WTO，中國(guó)電動(dòng)自行車(chē)的出口量將迅速增大，而現(xiàn)在進(jìn)入歐美的電動(dòng)自行車(chē)已要求配備無(wú)污染電池.,磷酸鐵鋰電池特點(diǎn),32,鋰電池比較,33,公司產(chǎn)品介紹,34,久兆磷酸鐵鋰特點(diǎn),更好的加工性更高的穩(wěn)定性更強(qiáng)的性價(jià)比-Exp.1,35,久兆磷酸鐵鋰特點(diǎn),更好的加工性,獨(dú)特的前驅(qū)體制備技術(shù)，使材料球形化程度高，粒度分布均勻，使最終產(chǎn)品具有優(yōu)異的加工性能；,36,久兆磷酸鐵鋰特點(diǎn),更高的穩(wěn)定性,采用鐵紅體系，我們只用進(jìn)口的高品質(zhì)氧化鐵，該原料的高度穩(wěn)定以及由此衍生的產(chǎn)品穩(wěn)定與低自放電率是其他體系無(wú)法比擬的；,生產(chǎn)過(guò)程中防止二次污染等措施，保證材料合成過(guò)程更穩(wěn)定。,37,-量產(chǎn)規(guī)模大，目前2000噸的年產(chǎn)能完全滿足客戶批量供應(yīng)的需求，并且可以按照客戶的要求實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn)；-產(chǎn)品生產(chǎn)效率高，單位能耗低，與市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品相比具有最高的性價(jià)比；,久兆磷酸鐵鋰特點(diǎn),更強(qiáng)的性價(jià)比,38,Exp.久兆磷酸鐵鋰實(shí)際表現(xiàn),高活性物質(zhì)含量,高的漿料固含量,高的放電平臺(tái)率,更低的輔料用量,更低的自放電率,更低的使用成本,三高與三低特點(diǎn),39,IFR18650實(shí)例,（1）正極漿料固含量53%，粘度3500mPa.s；（2）正極片涂覆參數(shù)：120g/m2（單面）；（3）正極片輥壓參數(shù)：2.00g/ml（最大值2.4g/ml）；,Exp.久兆磷酸鐵鋰實(shí)際表現(xiàn),40,極片涂覆情況,-涂覆面光滑-不掉粉-易輥壓,烘烤厚度反彈變化率1.5%,Exp.久兆磷酸鐵鋰實(shí)際表現(xiàn),41,電池內(nèi)阻,比較優(yōu)良的內(nèi)阻表現(xiàn),Exp.久兆磷酸鐵鋰實(shí)際表現(xiàn),42,電池分容,穩(wěn)定的容量發(fā)揮,Exp.久兆磷酸鐵鋰實(shí)際表現(xiàn),43,循環(huán)性能,Exp.久兆磷酸鐵鋰實(shí)際表現(xiàn),44,專(zhuān)利技術(shù)制造工藝研究與發(fā)展,久兆研發(fā)與技術(shù),45,銻元素?fù)诫s技術(shù),電導(dǎo)率提升：一百萬(wàn)倍,久兆研發(fā)與技術(shù),專(zhuān)利技術(shù),LiFePO4電導(dǎo)率約10-10-10-9（S/cm）,LiFe1-xSbxPO4電導(dǎo)率約10-4-10-3（S/cm）,46,閃蒸干燥技術(shù),單位產(chǎn)品能耗只有傳統(tǒng)干燥方法的1.8%,久兆研發(fā)與技術(shù),專(zhuān)利技術(shù),47,久兆研發(fā)與技術(shù),制造工藝,前軀體制備,高溫合成,精細(xì)化處理,48,目的：使鋰、鐵、磷、氧得到充分而均勻的混合,久兆研發(fā)與技術(shù),前軀體制備,49,目的：高溫固相反應(yīng)使前軀體成為磷酸鐵鋰,久兆研發(fā)與技術(shù),高溫合成,50,目的：使磷酸鐵鋰易于制造電池并發(fā)揮最大效能,精細(xì)化處理,久兆研發(fā)與技術(shù),51,新的原料體系制造磷酸鐵鋰生物冶金領(lǐng)域制備磷酸鐵鋰前軀體下一代正極材料硅酸鹽體系