Kurze Einführung in die Herstellungsmethode des Lithium-Ionen-Kathodenmaterials Lithium-Eisenphosphat

Lithiumeisenphosphat liegt in der Natur in Form eines Lithiumeisenphosphaterzes vor und hat eine geordnete Olivinstruktur. Die chemische Formel von Lithiumeisenphosphat lautet: LiMPO4, wobei Lithium positiv einwertig ist; Zentralmetall Eisen ist positiv zweiwertig; Phosphat ist negativ dreiwertig und wird häufig als Kathodenmaterial für Lithiumbatterien verwendet. Lithiumeisenphosphatbatterien werden in Energiespeichern, Elektrowerkzeugen, leichten Elektrofahrzeugen, großen Elektrofahrzeugen, kleinen Geräten und mobilem Strom verwendet. Unter diesen macht Lithiumeisenphosphat für Elektrofahrzeuge mit neuer Energie etwa 45% des gesamten Lithiumeisenphosphats aus.

Zweitens Lithiumeisenphosphat als Lithiumbatteriekathodenmaterial

Im Vergleich zu anderen Lithiumbatterie-Kathodenmaterialien bietet das Olivin-strukturierte Lithiumeisenphosphat die Vorteile von Sicherheit, Umweltschutz, geringen Kosten, langer Lebensdauer und hoher Temperaturleistung und ist eines der vielversprechendsten Kathodenmaterialien für Lithiumionenbatterien.

Hohe Sicherheitsleistung

Der Lithiumeisenphosphatkristall hat eine stabile PO-Bindung, die schwer zu zersetzen ist. Bei Überladung und hoher Temperatur gibt es keinen strukturellen Zusammenbruch oder Wärmeerzeugung oder starke Oxidbildung, und die Überladungssicherheit ist hoch.

Lange Lebensdauer

Die Blei-Säure-Batterie hat eine etwa 300-fache Lebensdauer und eine Lebensdauer zwischen 1 und 1,5 Jahren. Die Anzahl der Zyklen der Lithiumeisenphosphatbatterie kann 2000 oder mehr erreichen, und die theoretische Lebensdauer kann 7-8 Jahre erreichen.

Gute Temperaturleistung

Die Spitzentemperatur von Lithiumeisenphosphat kann 350 ° C bis 500 ° C erreichen, während Lithiummanganat und lithiumkobaltoxid nur etwa 200 ° C betragen.

Umweltschutz

Lithiumeisenphosphatbatterien gelten im Allgemeinen als frei von Schwermetallen und seltenen Metallen, ungiftig, umweltfreundlich und sind absolut umweltfreundliche Batterien.

Der Mechanismus des Ladens und Entladens von Lithiumeisenphosphat als positives Elektrodenmaterial unterscheidet sich von anderen herkömmlichen Materialien. Die Ladung und Entladung, die an der elektrochemischen Reaktion beteiligt ist, ist die Eisenphosphat-Zweiphase von Lithiumeisenphosphat. Die Lade- und Entladungsreaktion ist wie folgt:

Ladungsreaktion:

Entladungsreaktion:

Beim Laden wird Li + von LiFePO4 getrennt und Fe2 + verliert ein Elektron, um Fe3 + zu werden. Beim Entladen wird Li + in Eisenphosphat eingefügt, um LiFePO4 zu werden. Die Änderung von Li + tritt an der Grenzfläche von LiFePO4 / FePO4 auf, sodass die Lade-Entlade-Kurve sehr flach und das Potential stabil ist, was für Elektrodenmaterialien geeignet ist.

Drittens die Herstellung von Lithiumeisenphosphat

Der Rohstoff zur Herstellung von Lithiumeisenphosphat ist reichlich vorhanden. Einige gebräuchliche Lithiumquellen, Eisenquellen, Kohlenstoffquellen und Phosphorquellen sind wie folgt:

Die Herstellung von Lithiumeisenphosphatpulver beeinflusst in gewissem Maße seine Leistung als positives Elektrodenmaterial. Gegenwärtig gibt es viele Verfahren zur Herstellung von Lithiumeisenphosphat, wie ein Hochtemperatur-Festphasenreaktionsverfahren, ein carbothermisches Reduktionsverfahren und ein hydrothermales Verfahren, ein Sprühpyrolyseverfahren, ein Sol-Gel-Verfahren, ein Copräzipitationsverfahren und das wie die nicht vergrößert wurden.

Hochtemperatur-Festphasenreaktion

Das Hochtemperatur-Festphasenreaktionsverfahren ist das ausgereifteste und am weitesten verbreitete Verfahren zur Herstellung von Lithiumeisenphosphat. Die Eisenquelle, die Lithiumquelle und die Phosphorquelle werden gleichmäßig gemischt und in einem stöchiometrischen Verhältnis getrocknet und dann in einer inerten Atmosphäre 5 bis 10 Stunden bei einer niedrigeren Temperatur (300 bis 350 ° C) gesintert, um die Rohmaterialien anfänglich zu zersetzen und dann bei einer hohen Temperatur (Das Lithiumeisenphosphat vom Olivin-Typ wird durch Sintern bei 600 bis 800ºC für 10 bis 20 Stunden erhalten.

Die Hochtemperatur-Festphasensynthese von Lithiumeisenphosphat ist einfach im Verfahren und leicht zu kontrollieren. Die Nachteile sind, dass die Kristallgröße groß ist, die Partikelgröße schwer zu kontrollieren ist, die Verteilung ungleichmäßig ist, die Morphologie unregelmäßig ist und die Produktvergrößerungseigenschaften schlecht sind.

2. Carbothermische Reduktionsmethode

Das carbothermische Reduktionsverfahren besteht darin, eine Kohlenstoffquelle (Stärke, Saccharose usw.) als Reduktionsmittel beim Mischen des Rohmaterials zuzusetzen und wird üblicherweise zusammen mit einem Hochtemperatur-Festphasenverfahren verwendet. Die Kohlenstoffquelle kann bei der Hochtemperaturkalzinierung Fe3 + zu Fe2 + reduzieren, wodurch Fe2 + während der Reaktion vermieden wird. Die Umwandlung in Fe3 + macht den Synthesevorgang vernünftiger, aber die Reaktionszeit ist relativ lang und die Kontrolle der Bedingungen ist strenger.

3. Sprühpyrolyse

Die Sprühpyrolyse ist ein wirksames Mittel, um ein Lithiumeisenphosphatpulver mit einer einheitlichen Teilchengröße und einer regelmäßigen Form zu erhalten. Der Vorläufer wird mit dem Trägergas bei 450 bis 650ºC in den Reaktor gesprüht, und nach der Hochtemperaturreaktion wird Lithiumeisenphosphat erhalten. Der durch Sprühpyrolyse hergestellte Vorläufer weist eine hohe Sphärizität und eine gleichmäßige Teilchengrößenverteilung auf. Nach der Hochtemperaturreaktion wird ein kugelförmiges Lithiumeisenphosphat erhalten. Die Sphäroidisierung von Lithiumeisenphosphat ist vorteilhaft, um die spezifische Oberfläche des Materials zu erhöhen und die volumenspezifische Energie des Materials zu erhöhen.

4. Hydrothermale Methode

Das hydrothermale Verfahren gehört zum Flüssigphasensyntheseverfahren, dh das Wasser wird als Lösungsmittel in einem verschlossenen Druckbehälter verwendet, und die chemische Reaktion wird unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen von einem Rohmaterial und dem Nanovorläufer durchgeführt wird erhalten, nachdem es durch Filtration gewaschen und getrocknet und schließlich bei einer hohen Temperatur kalziniert wurde. Danach kann Lithiumeisenphosphat erhalten werden. Die hydrothermale Herstellung von Lithiumeisenphosphat bietet die Vorteile einer einfachen Kontrolle der Kristallform und Partikelgröße, einer gleichmäßigen Phase, einer kleinen Partikelgröße und eines einfachen Verfahrens, erfordert jedoch Hochtemperatur- und Hochdruckgeräte, hohe Kosten und ein kompliziertes Verfahren.

Zusätzlich zu den obigen Verfahren gibt es verschiedene Verfahren, wie ein Copräzipitationsverfahren, ein Sol-Gel-Verfahren, ein Oxidations-Reduktions-Verfahren, ein Emulgiertrocknungsverfahren und ein Mikrowellensinterverfahren.

Viertens Zusammenfassung

Obwohl Lithiumeisenphosphat auf viele Arten hergestellt wird, befinden sich die meisten von ihnen in der Laborforschung, mit Ausnahme der industriellen Anwendung der Hochtemperatur-Festphasenreaktion. Mit der Vertiefung der Forschung zur Herstellung und Modifizierung von Lithiumeisenphosphat wird sich die Industrialisierungsgeschwindigkeit von Lithiumeisenphosphat als positivem Elektrodenmaterial weiter beschleunigen. Um mehr über die neueste Industrialisierung des Lithiumeisenphosphat-Kathodenmaterials Lithiumeisenphosphat zu erfahren, melden Sie sich bitte für das Symposium Energy Granular Materials Preparation and Testing Technology 2017 vom 16. bis 17. Oktober an. Zu diesem Zeitpunkt wird Professor Guorong Hu von der Central South University Ihnen den Bericht über den Fortschritt der Industrialisierung des Lithiumeisenphosphat-Kathodenmaterials Lithiumeisenphosphat mitteilen.

Direktor des Instituts für Leichtmetall- und industrielle Elektrochemie, Fakultät für Metallurgie und Umwelt, Central South University, stellvertretender Direktor des technischen Forschungszentrums für fortgeschrittene Batteriematerialien, Bildungsministerium, Direktor der China Chemical and Physical Power Association, Direktor der China Lithium Battery Association , Herausgeber der Redaktion für internationale Stromversorgung, Lithiumbatteriekommunikation.

Er beschäftigt sich hauptsächlich mit der Erforschung der elektrochemischen Theorie und Anwendung, Energiematerialien usw. und hat herausragende Erfolge in der Forschung und Entwicklung sowie der Industrialisierung von Lithiumionenbatterie-Kathodenmaterialien erzielt. Er hat mehr als 20 nationale, provinzielle und ministerielle Forschungsprojekte geleitet und daran teilgenommen, darunter eines der großen Industrialisierungsprojekte der Nationalen Entwicklungs- und Reformkommission, eines der „863“ -Projekte des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie und eines der nationalen Projekte zur Unterstützung von Wissenschaft und Technologie sowie des Nationalen Fackelprogramms und einer Reihe wichtiger wissenschaftlicher und technologischer Projekte in der Provinz Hunan. Das Unternehmen hat hervorragende Ergebnisse bei der Industrialisierung von Lithiumionenbatterie-Kathodenmaterialien erzielt und die Industrialisierung von Lithiumcobaltat, Lithiummanganat und Lithiumeisenphosphat erfolgreich umgesetzt.

Workshop zur Technologie zur Vorbereitung und Prüfung von Energiekörnern 2017

Die Konferenz soll eine Kommunikationsplattform für in- und ausländische Wissenschaftler und Fachleute aus der Industrie bieten, um Anwendungen von Energieteilchenmaterialien zu erforschen, den Informationsaustausch in der Industrie zu stärken und zum Durchbruch der Batterietechnologie für Lithiumbatterien, Kondensatoren, Brennstoffzellen und Elektrofahrzeuge beizutragen.

Veranstalter: Ausschuss für Energiekörnige Materialien der China Particle Society, China Powder Network

Mitorganisator: Nürnberger Ausstellung (Shanghai) Co., Ltd.

Sponsor: Hosokawa Mikron (Shanghai) Powder Machinery Co., Ltd., Dandong Baite Instrument Co., Ltd., Jiangsu Miyou Powder New Equipment Manufacturing Co., Ltd.

Unterstützende Einheiten: Ningbo-Institut für Werkstofftechnologie und -technik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Institut für Verfahrenstechnik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Tsinghua-Universität, Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Dalian-Institut für chemische Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, China Verband der Batterieindustrie, China Super Capacitor Industry Alliance, Dongguan Yifu Maschinentechnologie Co., Ltd., Shijiazhuang Rijia Pulverausrüstungstechnologie Co., Ltd., Jiangsu Gaozhun Intelligent Equipment Co., Ltd. ., Guangzhou Zhongzhuo Intelligent Equipment Co., Ltd., Shenzhen Boyi Chemical Machinery Co., Ltd., Malvern Instrument Co., Ltd., Xinxiang Haomai Machinery Equipment Co., Ltd., Jiangsu Qianjin Furnace Equipment Co., Ltd.

Meeting-Highlights

Highlight 1: Politische Interpretation von Energiepellets;

Highlight 2: Untersuchen Sie aus Sicht der Partikelvorbereitung die Vor- und Nachteile von Kernenergiematerialien wie Lithiumbatterien, Natriumbatterien, Superkondensatoren und Brennstoffzellen.

Highlight 3: Erforschung neuer Energieteilchen (wie Graphen, Kohlenstoffnanoröhren, ternäre Lithiumbatterieanoden, Natriumionenbatterieelektroden, Metalllithium) und ihrer Anwendung in der Energiespeicher- und -umwandlungsindustrie;

Highlight 4: Austausch der neuesten technologischen Errungenschaften auf dem Gebiet der Energiepelletmaterialien und Branchenführer;

Highlight 5: Ausstellung und Konferenz, Lithiumbatteriematerialien, Geräte zur Herstellung von Superkondensatoren, Prüftechnologie und Anwendung aus einer Hand.

Highlight 6: Projektdocking. Eine Reihe von inländischen Lithiumbatterien, Hersteller von Lithiumbatteriematerialien, neue Projektleiter im Bereich Rohstoffe, Ausrüstung, Beratung bei der Beschaffung von Ausrüstung.

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