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一、磷酸鐵鋰簡介
磷酸鐵鋰的晶格結(jié)構(gòu)圖
磷酸鐵鋰在自然界中以磷鐵鋰礦的形式存在，具有有序的橄欖石結(jié)構(gòu)。磷酸鋰鐵化學(xué)分子式為：LiMPO4，其中鋰為正一價(jià)；中心金屬鐵為正二價(jià)；磷酸根為負(fù)三價(jià)，常用作鋰電池正極材料。磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域有：儲能設(shè)備、電動工具類、輕型電動車輛、大型電動車輛、小型設(shè)備和移動電源，其中新能源電動車用磷酸鐵鋰約占磷酸鐵鋰總量的45%。
二、磷酸鐵鋰作鋰電正極材料
與其他鋰電池正極材料相比，橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰更具有安全、環(huán)保、廉價(jià)、循環(huán)壽命長、高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，是最具潛力的鋰離子電池正極材料之一。
安全性能高
磷酸鐵鋰晶體中有穩(wěn)固的P-O鍵，難以分解，在過充和高溫時不會結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或生成強(qiáng)氧化物，過充安全性較高。
循環(huán)壽命長
鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，使用壽命在1~1.5年之間。而磷酸鐵鋰電池循環(huán)次數(shù)可達(dá)2000以上，理論上使用壽命能達(dá)7~8年。
高溫性能好
磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃，而錳酸鋰和鈷酸鋰只有200℃左右。
環(huán)保
磷酸鐵鋰電池一般被認(rèn)為不含重金屬和稀有金屬，無毒，無污染，是絕對的綠色環(huán)保電池。
磷酸鐵鋰作為正極材料的充放電作用機(jī)理不同于其他傳統(tǒng)材料，其充放電參與電化學(xué)反映的是磷酸鐵鋰的磷酸鐵兩相，充放電反應(yīng)如下：
充電反應(yīng)：
LiFePO4 -xLi+ - xe- → xFePO4 + (1-x)LiFePO4
放電反應(yīng)：
FePO4 + xLi+ + xe- → xLiFePO4 + (1-x)FePO4
充電時，Li+ 從LiFePO4中脫離出來，F(xiàn)e2+ 失去一個電子變成 Fe3+；放電時，Li+ 嵌入磷酸鐵中變成 LiFePO4 。Li+ 的變化發(fā)生在LiFePO4 / FePO4 界面，因此其充放電曲線非常平坦，電位也較穩(wěn)定，適合做電極材料。
三、磷酸鐵鋰的制備
制備磷酸鐵鋰的原料豐富。部分常見鋰源、鐵源、碳源、磷源如下：
磷酸鐵鋰粉體的制備在一定程度上會影響其作為正極材料的性能。目前制備磷酸鐵鋰的方法很多，如高溫固相反應(yīng)法、碳熱還原法以及尚未規(guī)模化的水熱法、噴霧熱解法、溶膠-凝膠法、共沉淀法等。
1.高溫固相反應(yīng)法
高溫固相反應(yīng)法是制備磷酸鐵鋰是目前發(fā)展最為成熟也是使用最廣泛的方法。將鐵源、鋰源、磷源按化學(xué)計(jì)量比均勻混合干燥后，在惰性氣氛下，首先在較低溫度（300~350℃）下燒結(jié)5~10h，使原材料初步分解，然后再在高溫（600~800℃）下燒結(jié)10~20h得到橄欖石型磷酸鐵鋰。
高溫固相法合成磷酸鐵鋰工藝簡單，制備條件容易控制，缺點(diǎn)是晶體尺寸較大，粒徑不易控制、分布不均勻，形貌也不規(guī)則，產(chǎn)品倍率特性差。
2.碳熱還原法
碳熱還原法是在原材料混合中加入碳源（淀粉、蔗糖等）做還原劑，通常和高溫固相法一起使用，碳源在高溫煅燒中可以將Fe3+ 還原為Fe2+ ，避免了反應(yīng)過程中Fe2+變成Fe3+，使合成過程更加合理，但是反應(yīng)時間相對較長，對條件的控制更為嚴(yán)苛。
3.噴霧熱解法
噴霧熱解法是一種得到均勻粒徑和規(guī)則形狀的磷酸鐵鋰粉體的有效手段。前驅(qū)體隨載氣噴入450~650℃的反應(yīng)器中，高溫反應(yīng)后得到磷酸鐵鋰。噴霧熱解法制備的前驅(qū)體霧滴球形度較高、粒度分布均勻，經(jīng)過高溫反應(yīng)后會得到類球形的磷酸鐵鋰。磷酸鐵鋰球形化有利于增加材料的比表面積，提高材料的體積比能量。
4.水熱法
水熱法屬于液相合成法，是指在密封的壓力容器中以水為溶劑，通過原料在高溫高壓的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過濾洗滌、烘干后得到納米前驅(qū)體，最后經(jīng)高溫煅燒后即可得到磷酸鐵鋰。水熱法制備磷酸鐵鋰具有容易控制晶型和粒徑，物相均一，粉體粒徑小，過程簡單等優(yōu)點(diǎn)，但需要高溫高壓設(shè)備，成本高，工藝比較復(fù)雜。
除上述方法外還有共沉淀法、溶膠-凝膠法、氧化-還原法、乳化干燥法、微波燒結(jié)法等多種方法。
四、總結(jié)
盡管磷酸鐵鋰的制備方法較多，但是除高溫固相反應(yīng)法得以工業(yè)化應(yīng)用以外，大都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。隨著對磷酸鐵鋰制備及改性等技術(shù)研究的不斷深入，磷酸鐵鋰作正極材料的產(chǎn)業(yè)化速度也會不斷加快。欲了解最新的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，請報(bào)名參加10月16-17日召開的2017能源顆粒材料制備及測試技術(shù)研討會！屆時中南大學(xué)胡國榮教授將與您分享《鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展》的報(bào)告。
中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院輕金屬及工業(yè)電化學(xué)研究所所長，先進(jìn)電池材料教育部工程研究中心副主任，中國化學(xué)與物理電源協(xié)會理事，中國鋰電池協(xié)會理事，國際電源商情編委，鋰電池通訊編委。
主要從事電化學(xué)理論與應(yīng)用、能源材料等方面的研究，在鋰離子電池正極材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作發(fā)明取得了突出成果。曾主持和參加國家及省部級科研項(xiàng)目20余項(xiàng), 包括國家發(fā)改委重大產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)一項(xiàng)，國家科技部“863” 項(xiàng)目一項(xiàng)，負(fù)責(zé)國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目一項(xiàng)，國家級火炬計(jì)劃項(xiàng)目一項(xiàng)以及湖南省重點(diǎn)科技項(xiàng)目多項(xiàng)。在鋰離子電池正極材料的產(chǎn)業(yè)化方面取得了突出成果，成功實(shí)現(xiàn)鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化。
關(guān)于2017能源顆粒材料制備及測試技術(shù)研討會
本次會議旨在為國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者、產(chǎn)業(yè)界人士在能源顆粒材料應(yīng)用方面的研究提供溝通平臺，強(qiáng)化行業(yè)信息交流，為鋰電池、電容器、燃料電池、電動汽車電池技術(shù)突破做出貢獻(xiàn)。
主辦單位：中國顆粒學(xué)會能源顆粒材料專委會、中國粉體網(wǎng)
協(xié)辦單位：紐倫堡會展（上海）有限公司
贊助單位：細(xì)川密克朗(上海）粉體機(jī)械有限公司、丹東百特儀器有限公司、江蘇密友粉體新裝備制造有限公司
支持單位：中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、中國科學(xué)院過程工程研究所、清華大學(xué)、中國科學(xué)院物理研究所、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中國電池工業(yè)協(xié)會、中國超級電容產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、東莞市億富機(jī)械科技有限公司、石家莊日加粉體設(shè)備科技有限公司、江蘇高準(zhǔn)智能裝備有限公司、臨朐縣追日機(jī)電設(shè)備有限公司、廣州中卓智能裝備有限公司、深圳市博億化工機(jī)械有限公司、馬爾文儀器有限公司、新鄉(xiāng)市豪邁機(jī)械設(shè)備有限公司、江蘇前錦爐業(yè)設(shè)備有限公司
會議亮點(diǎn)
亮點(diǎn)一：能源顆粒材料政策性解讀；
亮點(diǎn)二：站在顆粒制備的角度，審視鋰電池、鈉電池、超級電容器、燃料電池等核心能源材料的優(yōu)劣；
亮點(diǎn)三：探討新型能源顆粒（如石墨烯、碳納米管、三元鋰電正極、鈉離子電池電極、金屬鋰）技術(shù)及其在能源存儲與轉(zhuǎn)化行業(yè)中的應(yīng)用；
亮點(diǎn)四：能源顆粒材料領(lǐng)域及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人物的最新技術(shù)成果交流；
亮點(diǎn)五：展覽和會議結(jié)合，鋰電材料、超級電容器制造裝備、檢測技術(shù)及應(yīng)用一站式展示。
亮點(diǎn)六：項(xiàng)目對接。國內(nèi)多家鋰電池，鋰電材料生產(chǎn)企業(yè)，新建項(xiàng)目負(fù)責(zé)人現(xiàn)場進(jìn)行原材料，設(shè)備，儀器的采購咨詢。
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大會報(bào)名截止日期：2017年9月30日
