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                                貝士德儀器專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)磷酸鐵鋰比表面積分析儀

                                更新時(shí)間:2010-09-15      點(diǎn)擊次數:2116

                                磷酸鐵鋰

                                磷酸鐵鋰電極材料主要用于各種鋰離子電池1996年日本的NTT揭露AyMPO4A為堿金屬,MCoFe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(xué)John. B. Goodenough等研究群,也接著(zhù)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(lái)源更廣泛、價(jià)格更低廉且無(wú)環(huán)境污染。

                                 

                                目錄

                                高能量密度, 

                                安全性, 

                                壽命長(cháng)。 

                                無(wú)記憶效應; 

                                充電性能, 

                                新穎性及特點(diǎn) 

                                正極材料是鋰離子電池的重要組成部分。 

                                磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點(diǎn) 

                                展開(kāi)

                                 功能用途

                                  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揭露AyMPO4A為堿金屬,MCoFe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(xué)John. B. Goodenough等研究群,也接著(zhù)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(lái)源更廣泛、價(jià)格更低廉且無(wú)環(huán)境污染。 

                                 

                                磷酸鐵鋰性能

                                1.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)140 mAh/g0.2C, 25°C

                                2.安全性,

                                  是目前zui安全的鋰離子電池正極材料; 不含任何對人體有害的重金屬元素; 

                                3.壽命長(cháng)。

                                  在100%DOD條件下,可以充放電2000次以上; (原因:磷酸鐵鋰晶格穩定性好,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,在應用方面受阻。解決方法:在電極表面包覆導電材料、摻雜進(jìn)行電極改性。) 

                                4.無(wú)記憶效應;

                                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,zui快可在1小時(shí)內將電池充滿(mǎn)。 

                                 

                                  具體的物理參數: 

                                 

                                  松裝密度:0.7g/cm 

                                 

                                  振實(shí)密度:1.2g/cm 

                                 

                                  中位徑:2-6um 

                                 

                                  比表面積<30m/g 

                                 

                                  涂片參數: 

                                 

                                  LiFePo4:C:PVDF=90:3:7 

                                 

                                  極片壓實(shí)密度:2.1-2.4g/cm 

                                 

                                  電化性能: 

                                 

                                  克容量>155mAh/g 測試條件:半電池,0.2C,電壓4.0-2.0V 

                                 

                                  循環(huán)次數:2000次 

                                 

                                  國內磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)商: 

                                 

                                  國內:天津斯特蘭 北大先行 湖南瑞翔 鐵虎能源 中國臺灣長(cháng)圓 中國臺灣立凱 鄭州朗泰 杭州賽恩斯等 

                                 

                                 ?。杭幽么?font face="Helvetica">Phostech、美國Valence、美國A123、日本sony. 其中A123規模zui大且得到美國政府的大力支持。 

                                 

                                新穎性及特點(diǎn)

                                  磷酸鐵鋰是一種新型鋰離子電池電極材料。其特點(diǎn)是放電容量大,價(jià)格低廉,無(wú)毒性,不造成環(huán)境污染。世界各國正競相實(shí)現產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 

                                 

                                  但是其振實(shí)密度低,影響電容量。 

                                 

                                  目前主要的生產(chǎn)方法為高溫固相合成法,產(chǎn)品指標比較穩定。 

                                 

                                  鋰離子電池的性能主要取決于正負極材料,磷酸鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料是近幾年才出現的事,國內開(kāi)發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池 20057月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無(wú)法相比的,這些也正是動(dòng)力電池zui重要的技術(shù)指標。1C充放循環(huán)壽命達2000次。單節電池過(guò)充電壓30V不燃燒,穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用。以滿(mǎn)足  電動(dòng)車(chē) 頻繁充放電的需要。具有無(wú)毒、無(wú)污染、安全性能好、原材料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜,壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn),是新一代鋰離子電池的理想正極材料。 

                                 

                                  本項目屬于高新技術(shù)項目中功能性能源材料的開(kāi)發(fā),是國家“863”計劃、“973”計劃和“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃重點(diǎn)支持的領(lǐng)域。 

                                 

                                  目前鋰離子電池還是以小容量、低功率電池為主,中大容量、中高功率的鋰離子電池尚開(kāi)始試水大規模生產(chǎn),使得鋰離子電池逐步在中大容量UPS、中大型儲能電池、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)中得到廣泛應用。 

                                 

                                 正極材料是鋰離子電池的重要組成部分。

                                  迄今研究zui多的正極材料是LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及以上三種材料的衍生物,如LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 等。 

                                 

                                  LiCoO2 是*大規模商品化的正極材料,目前90%以上的商品化鋰離子電池采用LiCoO2 作為正極材料。LiCoO2 的研究比較成熟,綜合性能優(yōu)良,但價(jià)格昂貴,容量較低,存在一定的安全性問(wèn)題。 

                                 

                                  LiNiO2 成本較低,容量較高,但制備困難,材料性能的一致性和重現性差,存在較為嚴重的安全問(wèn)題。LiNi0.8Co0.2O2 可看成LiNiO2 LiCoO2的固溶體,兼有LiNiO2 LiCoO2 的優(yōu)點(diǎn),一度被人們認為是zui有可能取代LiCoO2 的新型正極材料,但仍存在合成條件較為苛刻(需要氧氣氣氛)、安全性較差等缺點(diǎn),綜合性能有待改進(jìn);同時(shí)由于含較多昂貴的Co,成本也較高。 

                                 

                                  尖晶石LiMn2O4 成本低,安全性好,但循環(huán)性能尤其是高溫循環(huán)性能差,在電解液中有一定的溶解性,儲存性能差。 

                                 

                                  新型的三元復合氧化物鎳鈷錳酸鋰 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)材料集中了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等材料的各自?xún)?yōu)點(diǎn):成本與LiNi0.8Co0.2O2 相當,可逆容量大,結構穩定,安全性較好,介于LiNi0.8Co0.2O2 LiMn2O4 之間,循環(huán)性能好,合成容易;但由于含較多昂貴的Co,成本也較高。對中大容量、中高功率的鋰離子電池來(lái)說(shuō),正極材料的成本、高溫性能、安全性十分重要。 

                                 

                                  上述LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及其衍生物正極材料尚不能滿(mǎn)足要求。因此,研究開(kāi)發(fā)能用于中大容量、中高功率的鋰離子電池的新型正極材料成為當前的熱點(diǎn)。 

                                 

                                  正交橄欖石結構的LiFePO4 正極材料已逐漸成為國內外新的研究熱點(diǎn)。初步研究表明,該新型正極材料集中了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及其衍生物正極材料的各自?xún)?yōu)點(diǎn):不含貴重元素,原料廉價(jià),資源極大豐富;工作電壓適中(3.4V);平臺特性好,電壓極平穩(可與穩壓電源媲美);理論容量大(170mAh/g);結構穩定,安全性能(以強共價(jià)鍵牢固結合,使材料很難析氧分解);高溫性能和熱穩定性明顯優(yōu)于已知的其它正極材料;循環(huán)性能好;充電時(shí)體積縮小,與碳負極材料配合時(shí)的體積效應好;與大多數電解液系統兼容性好,儲存性能好;無(wú)毒,為真正的綠色材料。 

                                 

                                  與LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及其衍生物正極材料相比,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(jìn)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(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)中的應用成為現實(shí)。 

                                 

                                磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點(diǎn)

                                  然而,磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點(diǎn)一直受到人們的忽視和回避,尚未得到解決,阻礙了材料的實(shí)際應用。鈷酸鋰的理論密度為5.1g/cm3,商品鈷酸鋰的振實(shí)密度一般為2.0-2.4g/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(zhù)降低了材料的堆積密度,使得一般摻碳磷酸鐵鋰的振實(shí)密度只有1.0-1.2g/cm3。如此低的堆積密度使得磷酸鐵鋰的體積比容量比鈷酸鋰低很多,制成的電池體積將十分龐大,不僅毫無(wú)優(yōu)勢可言,而且很難應用于實(shí)際。 

                                 

                                  因此,提高磷酸鐵鋰的堆積密度和體積比容量對磷酸鐵鋰的實(shí)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。 

                                 

                                  舉例來(lái)說(shuō),NiOH是用于鎳氫電池和鎳鎘電池的正極材料。以前,人們采用片狀的NiOH2,其振實(shí)密度只有1.5-1.6g/cm3;目前采用的球形NiOH的振實(shí)密度可達2.2-2.3g/cm3;球形NiOH已基本上取代了片狀的NiOH2,顯著(zhù)提高了鎳氫電池和鎳鎘電池的能量密度。 

                                 

                                  本實(shí)驗室借鑒高密度球形NiOH的研究成果,開(kāi)發(fā)成功了鋰離子電池高密度球形系列正極材料,包括LiCoO2 、LiMn2O4 LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 等。 

                                 

                                  其中LiCoO2、LiNi0.8Co0.2O2 的振實(shí)密度已可達到2.9g/cm3,遠高于商品化的同類(lèi)材料。研究和實(shí)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(diǎn),而且還具有優(yōu)異的流動(dòng)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,提高電極片品質(zhì);此外,相對于無(wú)規則的顆粒,規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(guò)表面修飾進(jìn)一步改善綜合性能。 

                                 

                                  在此基礎上,我們提出:球形化是鋰離子電池正極材料的發(fā)展方向。目前國內外報導的LiFePO4 正極材料都是由無(wú)規則的顆粒組成的,粉體材料的堆積密度和能量密度較低。因此,本項目致力于LiFePO4 材料顆粒的球形化,通過(guò)顆粒的球形化來(lái)提高材料的堆積密度和體積比容量;在此基礎上,發(fā)揮球形材料易于表面包覆的優(yōu)勢,進(jìn)一步通過(guò)球形顆粒的表面修飾提高材料的綜合性能;在對LiFePO4 材料顆粒的球形化和表面修飾的過(guò)程中,充分借鑒、吸收、利用人們在提高磷酸鐵鋰的電導率方面已取得的成果;zui終制備出球形、高堆積密度、高體積比容量、高導電性的LiFePO4 正極材料,使之能應用于中大容量、中高功率的鋰離子電池,促進(jìn)該材料的產(chǎn)業(yè)化。 

                                 

                                  目前,本研究室采用二價(jià)鐵鹽或三價(jià)鐵鹽、磷酸或磷酸鹽、氨水為原料,通過(guò)控制結晶技術(shù)合成高密度球形磷酸鐵前驅體,再與鋰源、碳源共混熱處理,通過(guò)碳熱還原法合成摻碳的高密度球形磷酸鐵鋰。該磷酸鐵鋰粉體材料由單分散球形顆粒組成、粒徑5-10μm、堆積密度大(振實(shí)密度可達1.6-1.8g/cm3)、流動(dòng)性好、可加工性能好,可逆容量140mAh/g。

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