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[資源]
【資源】關(guān)于磷酸亞鐵鋰結(jié)構(gòu)與性能的總述（J Power Sources (2011)）
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Structure and performance of LiFePO4 cathode materials: A review Journal of Power Sources 196 (2011) LiFePO4 has been considered a promising battery material in electric vehicles. However, there are still a number of technical challenges to overcome before its wide-spread applications. In this article, the structure and lectrochemical performance of LiFePO4 are reviewed in light of the major technical requirements for EV batteries. The rate capability, capacity density, cyclic life and low-temperature performance of various LiFePO4 materials are described. The major factors affecting these properties are discussed, which include particle size, doping, carbon coating, conductive carbon loading and synthesis techniques. Important future research for science and engineering is suggested. 下載地址：http://good.gd/1056180.htm [ Last edited by zhaofeng3211 on 2011-3-19 at 22:53 ] |
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高溫固相法 高溫固相法是磷酸鐵鋰生產(chǎn)的主要方法，也是最成熟的方法，通常以鐵鹽(如草酸亞鐵FeC2O4·2H O)、磷酸鹽(如磷酸氫二銨(NH4)2HPO4 )和鋰鹽(如碳酸鋰Li2CO3)為原料，按化學計量比充分混勻后，在惰性氣氛中先經(jīng)過較低溫預(yù)分解，再經(jīng)高溫焙燒，研磨粉碎制成。 優(yōu)點：高溫固相合成法操作及工藝路線設(shè)計簡單，工藝參數(shù)易于控制，制備的材料性能穩(wěn)定，易于實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。 缺點：①粉體原料需要長時問的研磨混合，且混合均勻程度有限，摻雜改性效果較差；②要求較高的熱處理溫度和較長的熱處理時間，能耗大；③產(chǎn)物在組成、結(jié)構(gòu)、粒度分布等方面存在較大差別，易出現(xiàn)Fe的雜質(zhì)相；④材料電化學性能不易控制；⑤采用的草酸亞鐵比較貴，材料制造成本較高；反應(yīng)時需要大量的惰性保護氣體，惰性氣體成本較高；⑥同時燒結(jié)過程中會產(chǎn)生氨氣、水、二氧化碳，他們在爐膛內(nèi)經(jīng)過冷卻的過程時會產(chǎn)生碳酸氫銨晶體顆粒而造成產(chǎn)品的污染。此外，氨氣的產(chǎn)生不利于環(huán)保，應(yīng)進一步增加尾氣處理設(shè)備。 碳熱還原法 碳熱還原法也是高溫固相法中的一種，是比較容易工業(yè)化的合成方法，多數(shù)以磷酸二氫鋰、三氧化二鐵或四氧化三鐵、蔗糖為原料，均勻混合后，在高溫和氬氣或氮氣保護下焙燒，碳將三價鐵還原為二價鐵，也就是通過碳熱還原法合成磷酸鐵鋰。 優(yōu)點：解決了在原料混合加工過程中可能引發(fā)的氧化反應(yīng)，使合成過程更為合理，同時改善了材料的導電性。 缺點：反應(yīng)時間相對過長，溫度難以控制，產(chǎn)物一致性要求的控制條件更為苛刻，難以適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)。 水熱合成法 水熱合成法屬于濕法范疇，它是以可溶性亞鐵鹽、鋰鹽和磷酸為原料，在水熱條件下直接合成LiFePO4 ，由于氧氣在水熱體系中的溶解度很小，水熱體系為LiFePO4 的合成提供了優(yōu)良的惰性環(huán)境。 優(yōu)點：水熱法可以在液相中制備超微細顆粒，原料可以在分子級混合。具有物相均勻、粉體粒徑小以及操作簡便等優(yōu)點，且具有易量產(chǎn)、產(chǎn)品批量穩(wěn)定性好、原料價廉易得的優(yōu)點。同時生產(chǎn)過程中不需要惰性氣氛。 缺點：水熱合成法制備的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中常常存在著鐵的錯位，生成了亞穩(wěn)態(tài)的FePO4 ，影響了產(chǎn)物的化學及電化學性能。同時也存在粒徑不均勻、物相不純凈、設(shè)備投資大(耐高溫高壓反應(yīng)器的設(shè)計制造難度大，造價也高)或工藝較復(fù)雜的缺點。 溶膠一凝膠合成法 溶膠一凝膠合成法是以鐵的醇鹽、鋰鹽和磷酸鹽為原料，以有機物為螯合物、醇作為溶劑，制備均質(zhì)的溶膠凝膠，經(jīng)干燥后，于300～800℃ 煅燒數(shù)小時便可得到磷酸鐵鋰。 優(yōu)點：前驅(qū)體溶液化學均勻性好(可達分子級水平)、凝膠熱處理溫度低、粉體顆粒粒徑小且分布窄、粉體燒結(jié)性能好、反應(yīng)過程易于控制、設(shè)備簡單。 缺點：干燥收縮大、合成周期較長，同時制備的過程復(fù)雜，條件苛刻，成本高，所以工業(yè)化生產(chǎn)難度較大。此外金屬醇鹽價格昂貴，且醇鹽的常用溶劑通常有毒。 液相共沉淀法 液相共沉淀法是先用氧化劑氧化Fe(Ⅱ)化合物制備FePO4 ，再用LiI還原制備LiFePO4 ，經(jīng)熱處理后得到LiFePO4 晶體。在生產(chǎn)階段，特別是共沉淀階段要注意防止Fe。 的氧化問題，另外控制溶液的pH值是獲得純相橄欖石的一個關(guān)鍵技術(shù)。 優(yōu)點：具有活性大、粒度小且粒度分布均勻等特點，除此之外還可以降低熱處理溫度，縮短熱處理時間，減少能耗。 缺點：此方法也因不同原料要求具有相似的水解或沉淀條件而限制了原料的選擇范圍，影響了其實際應(yīng)用。一般采用H2O2、LiI和抗壞血酸等原料，不但原料選擇范圍較窄，而且增加了產(chǎn)品的成本和生產(chǎn)工藝的復(fù)雜程度。 微波合成法 以鋰鹽、磷酸鹽、鐵鹽為原料，采用氫氣保護，快速容易的制備了電化學性能良好的磷酸鐵鋰。 優(yōu)點：具有反應(yīng)時間短(3～10 min)、能耗低、合成效率高、顆粒均勻等優(yōu)點。同時生產(chǎn)過程中利用活性炭吸收微波后產(chǎn)生的還原性氣氛迅速加熱前驅(qū)體，省去了通人惰性氣體的過程。 缺點：反應(yīng)原料磷酸鹽選用磷酸二氫銨，不可避免的反應(yīng)過程中會有氨氣產(chǎn)生，不利于環(huán)保，只有通過尾氣處理，同時增加工藝的復(fù)雜性；再者，生產(chǎn)過程難以控制，設(shè)備投入較大，也難以進行工業(yè)化生產(chǎn)。另外，氧化還原技術(shù)、放電等離子燒結(jié)技術(shù)、噴霧熱分解技術(shù)和脈沖激光沉積技術(shù)也用于LiFePO4的合成。但是受到設(shè)備的限制，難以實現(xiàn)噸級批量的工業(yè)化生產(chǎn)。即使能小批量生產(chǎn)，成本也相對較高。 上述對比發(fā)現(xiàn)，液相法合成是在分子水平上均勻混合反應(yīng)，具有產(chǎn)物的批次穩(wěn)定、容易控制、合成路線易于調(diào)整、反應(yīng)物可選擇范圍廣等優(yōu)點。但是制備工藝復(fù)雜或設(shè)備要求較高等原因，難以進行規(guī)�；a(chǎn)。 現(xiàn)磷酸鐵鋰生產(chǎn)基本上還是采用固相法和碳熱還原法兩種，如美國的A123和加拿大的Phostech公司采用固相 法，美國的Valence公司采用碳熱還原法。 |
8樓2011-03-21 10:10:19
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