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Breve introducción del método de preparación del material de cátodo de iones de litio Fosfato de hierro y litio

APR 09, 2019   Pageview:477

El fosfato de litio y hierro existe en la naturaleza en forma de mineral de fosfato de litio y hierro y tiene una estructura de olivina ordenada. La fórmula química del fosfato de hierro y litio es: LiMPO4, en la que el litio es monovalente positivo; el hierro del metal central es divalente positivo; El fosfato es trivalente negativo y se utiliza a menudo como material de cátodo para baterías de litio. Las baterías de fosfato de hierro y litio se utilizan en equipos de almacenamiento de energía, herramientas eléctricas, vehículos eléctricos ligeros, vehículos eléctricos grandes, equipos pequeños y energía móvil. Entre ellos, el fosfato de hierro y litio para vehículos eléctricos de nueva energía representa aproximadamente el 45% del fosfato de hierro y litio total.

En segundo lugar, fosfato de hierro y litio como material de cátodo de batería de litio

En comparación con otros materiales de cátodo de batería de litio, el fosfato de hierro y litio estructurado con olivino tiene las ventajas de seguridad, protección ambiental, bajo costo, ciclo de vida prolongado y rendimiento a alta temperatura, y es uno de los materiales de cátodo más prometedores para baterías de iones de litio.

Rendimiento de alta seguridad

El cristal de fosfato de hierro y litio tiene un enlace PO estable, que es difícil de descomponer. Cuando está sobrecargado y a alta temperatura, no hay colapso estructural o generación de calor o formación de óxido fuerte, y la seguridad de sobrecarga es alta.

Ciclo de vida largo

La batería de plomo-ácido tiene un ciclo de vida de aproximadamente 300 veces y una vida útil de entre 1 y 1,5 años. El número de ciclos de la batería de fosfato de hierro y litio puede llegar a 2000 o más, y la vida útil teórica puede llegar a 7-8 años.

Buen rendimiento de temperatura

La temperatura máxima del fosfato de hierro y litio puede alcanzar los 350 ° C -500 ° C, mientras que el manganato de litio y el óxido de cobalto y litio están a solo unos 200 ° C.

Protección del medio ambiente

Las baterías de fosfato de hierro y litio generalmente se consideran libres de metales pesados y metales raros, no tóxicas, no contaminantes y son baterías absolutamente ecológicas.

El mecanismo de carga y descarga del fosfato de hierro y litio como material de electrodo positivo es diferente al de otros materiales tradicionales. La carga y descarga implicadas en la reacción electroquímica es el fosfato de hierro bifásico del fosfato de hierro y litio. La reacción de carga y descarga es la siguiente:

Reacción de carga:

Reacción de descarga:

Cuando se carga, Li + se separa de LiFePO4 y Fe2 + pierde un electrón para convertirse en Fe3 +; cuando se descarga, Li + se inserta en fosfato de hierro para convertirse en LiFePO4. El cambio de Li + ocurre en la interfaz de LiFePO4 / FePO4, por lo que la curva de carga-descarga es muy plana y el potencial es estable, lo que es adecuado para materiales de electrodos.

En tercer lugar, la preparación de fosfato de hierro y litio.

La materia prima para la preparación de fosfato de hierro y litio es abundante. Algunas fuentes comunes de litio, hierro, carbono y fósforo son las siguientes:

La preparación de polvo de fosfato de hierro y litio afecta en cierta medida su desempeño como material de electrodo positivo. En la actualidad, existen muchos métodos para preparar fosfato de hierro y litio, tales como un método de reacción en fase sólida a alta temperatura, un método de reducción carbotérmica y un método hidrotermal, un método de pirólisis por pulverización, un método sol-gel, un método de coprecipitación y el como las que no se han ampliado.

Reacción de fase sólida a alta temperatura

El método de reacción en fase sólida a alta temperatura es el método más maduro y ampliamente utilizado para preparar fosfato de hierro y litio. La fuente de hierro, la fuente de litio y la fuente de fósforo se mezclan uniformemente y se secan en una proporción estequiométrica, y luego se sinterizan en una atmósfera inerte durante 5 a 10 horas a una temperatura más baja (300 a 350 ° C) para descomponer inicialmente las materias primas. y luego a alta temperatura (El fosfato de hierro y litio de tipo olivino se obtiene sinterizando a 600 ~ 800 ° C durante 10-20 horas.

La síntesis en fase sólida de alta temperatura de fosfato de hierro y litio es de proceso simple y fácil de controlar. Las desventajas son que el tamaño del cristal es grande, el tamaño de las partículas es difícil de controlar, la distribución es desigual, la morfología es irregular y las características de aumento del producto son malas.

2. Método de reducción carbotermal

El método de reducción carbotérmica consiste en añadir una fuente de carbono (almidón, sacarosa, etc.) como agente reductor en la mezcla de la materia prima, y normalmente se utiliza junto con un método de fase sólida a alta temperatura. La fuente de carbono puede reducir Fe3 + a Fe2 + en la calcinación a alta temperatura, evitando así el Fe2 + durante la reacción. La conversión en Fe3 + hace que el proceso de síntesis sea más razonable, pero el tiempo de reacción es relativamente largo y el control de las condiciones es más estricto.

3. Pirólisis por aspersión

La pirólisis por pulverización es un medio eficaz para obtener un polvo de fosfato de hierro y litio que tiene un tamaño de partícula uniforme y una forma regular. El precursor se pulveriza en el reactor a una temperatura de 450 a 650 ° C con el gas portador y se obtiene fosfato de hierro y litio después de la reacción a alta temperatura. El precursor preparado por pirólisis por pulverización tiene una alta esfericidad y una distribución uniforme del tamaño de partícula. Después de la reacción a alta temperatura, se obtiene un fosfato de hierro y litio esférico. La esferoidización del fosfato de hierro y litio es beneficiosa para aumentar el área de superficie específica del material y aumentar la energía específica de volumen del material.

4. Método hidrotermal

El método hidrotermal pertenece al método de síntesis en fase líquida, lo que significa que el agua se utiliza como disolvente en un recipiente a presión sellado, y la reacción química se lleva a cabo en condiciones de alta temperatura y alta presión mediante una materia prima, y el nanoprecursor. se obtiene después de ser lavado y secado por filtración, y finalmente calcinado a alta temperatura. Después de eso, se puede obtener fosfato de hierro y litio. La preparación hidrotermal de fosfato de hierro y litio tiene las ventajas de un fácil control de la forma cristalina y el tamaño de partícula, fase uniforme, tamaño de partícula pequeño y proceso simple, pero requiere equipo de alta temperatura y alta presión, alto costo y proceso complicado.

Además de los métodos anteriores, existen varios métodos tales como un método de coprecipitación, un método sol-gel, un método de oxidación-reducción, un método de secado por emulsificación y un método de sinterización por microondas.

Cuarto, resumen

Aunque el fosfato de hierro y litio se prepara de muchas maneras, la mayoría de ellos se encuentran en la etapa de investigación de laboratorio, excepto para la aplicación industrial de la reacción en fase sólida a alta temperatura. Con la profundización de la investigación sobre la preparación y modificación del fosfato de hierro y litio, la velocidad de industrialización del fosfato de hierro y litio como material de electrodo positivo seguirá acelerándose. Para obtener más información sobre la última industrialización del material de cátodo de fosfato de hierro y litio fosfato de hierro y litio, inscríbase en el Simposio de tecnología de preparación y prueba de materiales granulares de energía 2017 que se llevó a cabo del 16 al 17 de octubre. En ese momento, el profesor Guorong Hu de la Universidad Central South compartirá con ustedes el informe sobre el progreso de la industrialización del material cátodo de fosfato de hierro y litio fosfato de hierro y litio.

Director del Instituto de Electroquímica Industrial y Metales Ligeros, Escuela de Metalurgia y Medio Ambiente, Universidad Central South, Director Adjunto del Centro de Investigación de Ingeniería de Materiales Avanzados para Baterías, Ministerio de Educación, Director de la Asociación de Energía Física y Química de China, Director de la Asociación de Baterías de Litio de China , Editor de International Power Supply, Junta editorial de comunicaciones de baterías de litio.

Se dedica principalmente a la investigación de la teoría y aplicación electroquímicas, materiales energéticos, etc., y ha logrado logros sobresalientes en la investigación y desarrollo e industrialización de materiales de cátodos de baterías de iones de litio. Ha presidido y participado en más de 20 proyectos de investigación nacionales, provinciales y ministeriales, entre ellos uno de los mayores proyectos de industrialización de la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma, uno de los “863” proyectos del Ministerio de Ciencia y Tecnología, y uno de los proyectos del plan nacional de apoyo a la ciencia y la tecnología, y el Programa Nacional Antorcha. Y una serie de proyectos clave de ciencia y tecnología en la provincia de Hunan. La compañía ha logrado resultados sobresalientes en la industrialización de materiales de cátodos de baterías de iones de litio y ha logrado la industrialización de cobaltato de litio, manganato de litio y fosfato de hierro y litio.

Taller sobre tecnología de prueba y preparación de materiales granulares de energía 2017

La conferencia tiene como objetivo proporcionar una plataforma de comunicación para académicos nacionales y extranjeros y profesionales de la industria para investigar aplicaciones de materiales de partículas de energía, fortalecer el intercambio de información de la industria y contribuir al avance de la tecnología de baterías de litio, condensadores, celdas de combustible y baterías de vehículos eléctricos.

Organizador: Comité de Materiales Granulares de Energía de la Sociedad de Partículas de China, Red de Polvos de China

Coorganizador: Exposición de Nuremberg (Shanghai) Co., Ltd.

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

Unidades de apoyo: Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, Academia de Ciencias de China, Instituto de Ingeniería de Procesos, Academia de Ciencias de China, Universidad de Tsinghua, Instituto de Física, Academia de Ciencias de China, Instituto de Física Química de Dalian, Academia de Ciencias de China, China Battery Industry Association, China Super Capacitor Industry Alliance, Dongguan Yifu Machinery Technology Co., Ltd., Shijiazhuang Rijia Powder Equipment Technology Co., Ltd., Jiangsu Gaozhun Intelligent Equipment Co., Ltd., Linyi County Chasing Electromechanical 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.

Aspectos destacados de la reunión

Punto culminante 1: Interpretación de políticas de pellets de energía;

Punto culminante 2: Desde la perspectiva de la preparación de partículas, examine las ventajas y desventajas de los materiales energéticos centrales como las baterías de litio, las baterías de sodio, los supercondensadores y las pilas de combustible;

Punto culminante 3: Explore la tecnología de nuevas partículas de energía (como grafeno, nanotubos de carbono, ánodos de baterías de litio ternarias, electrodos de baterías de iones de sodio, litio metálico) y su aplicación en la industria de conversión y almacenamiento de energía;

Punto culminante 4: Intercambio de los últimos logros tecnológicos en el campo de los materiales de pellets energéticos y líderes de la industria;

Punto culminante 5: Exposición y conferencia, materiales de batería de litio, equipo de fabricación de supercondensadores, tecnología de prueba y visualización de aplicaciones.

Punto culminante 6: Acoplamiento del proyecto. Una serie de baterías de litio nacionales, fabricantes de materiales de baterías de litio, nuevos líderes de proyectos en el campo de las materias primas, equipos, consultoría de adquisición de equipos.

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