鋰電池各個體系性能全參數(shù)

1、鈷酸鋰1. 鈷酸鋰的概述1992年SONY公司商品化鋰電池問世，由于其具有工作電壓高、能流密 度高、循環(huán)壓壽命長、自放電低、無污染、安全性能好等獨特的優(yōu)勢，現(xiàn)已廣泛 用作移動、便攜式計算機、攝像機、照相機等的電源。并已在航天、航海、人造 衛(wèi)星、小型醫(yī)療儀及軍用通訊設(shè)備中逐步發(fā)展成為主流應(yīng)用的能源電池。 Sony 公司推出的第一塊鋰電池中，正極材料是鈷酸鋰，負(fù)極材料為碳。其中，決定電 池的可充電最大容量及開路電壓的主要是正極材料。 因此我國現(xiàn)有的生產(chǎn)正極材 料公司，產(chǎn)品幾乎全部是鈷酸鋰。 與鈷酸鋰同屬 4 伏正極材料的候選體系有鎳酸 鋰和錳酸鋰兩大系列， 這兩個系列材料在性能上各有長短， 錳酸鋰

2、在原料價格上 優(yōu)勢明顯。但在容量和循環(huán)壽命上存在不足。 鈷酸鋰的實際使用比容量為 130mAh /g,循環(huán)次數(shù)可達到300至500次以上：而錳酸鋰的實際比容量在 100mA|Zg 左右，循環(huán)次數(shù)為 100 至 200 次。另外，磷酸鐵鋰電池有安全性高。穩(wěn)定性好、 環(huán)保和價格便宜優(yōu)勢， 但是導(dǎo)電性較差， 而且振實密度較低。 因此其在小型電池 應(yīng)用上沒有優(yōu)勢。國鈷酸鋰市場需求變化呈現(xiàn)典型的中國市場特征，歷史較短， 但發(fā)展較快， 多數(shù)企業(yè)在很短時間進入， 但生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模不大， 產(chǎn)品主要集中在 中低檔。2002年，國鈷酸鋰材料市場需求量為 2400噸，大多數(shù)產(chǎn)品依靠進口，但隨 著國主要生產(chǎn)企業(yè)的投產(chǎn)，

3、產(chǎn)能和需求量得到了極大的提升， 2006 年需求量達 到 6500 噸， 2008年需求量接近 9000噸。2001 年全球主要生產(chǎn)高性能鈷酸鋰、氧化鈷材料的生產(chǎn)企業(yè)是比利時 Umicore 公司， 美國OMG口 FMC公司，日本的SEIMEI和日本化學(xué)公司等國外企業(yè)。另外 地區(qū)的鋰科科技公司也是重要的生產(chǎn)企業(yè)。而國的生產(chǎn)企業(yè)為當(dāng)升科技、瑞翔、 國安盟固利、 北大先行和榮華等。 這些生產(chǎn)企業(yè)有些是從科研機構(gòu)孵化而來， 有 些是具有上有資源優(yōu)勢的企業(yè)。2. 鈷酸鋰的材料構(gòu)成LiCoO2 在目前商業(yè)化的鋰離子電池中基本上選用層狀結(jié)構(gòu)的鋰離子二次電池正極材料（鈷酸鋰）的液相合成工藝，它采用聚乙烯醇（

4、PVA）或聚乙二醇（peg）水溶液為溶 劑，鋰鹽、鈷鹽分別溶解在pva或peg水溶液中，混合后的溶液經(jīng)過加熱，濃縮形成凝 膠，生成的凝膠體再進行加熱分解， 然后在高溫下煅燒， 將燒成的粉體碾磨、過篩即得到鈷 酸鋰粉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有合成溫度低，得到的產(chǎn)品純度高、化學(xué)組成均勻等優(yōu) 點。3. 鈷酸鋰的制備1 活性鈷酸鋰的制備方法， 其特征是包括以下步驟： 以原生鈷礦石為原料， 制取高純鈷鹽溶液；在弱氧化氣氛下，將濃度為4070g/l的高純鈷鹽溶液與濃度為60200g/l的沉淀劑混合反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 4080C，反應(yīng)時間560分鐘，反應(yīng)后pH值為7.29.5,過濾、洗 滌、干燥得電池級鈷鹽

5、；在弱氧化氣氛下，以400830C煅燒電池級鈷鹽 27小時，經(jīng)粉碎制得微米或納米級四氧化三鈷；將粉碎的微米電池級碳酸鋰與微米或納米級四氧化三鈷按 1.001.04 : 1摩爾比稱量配比后混合，在弱氧化氣氛下，以450950C煅燒1020小時，粉碎、分級制得成品。按本發(fā)明制得的材料，除化學(xué)性能、物力性能優(yōu)越外，還具有優(yōu)異的 電化學(xué)性能。2鈷酸鋰的制備方法，其特征是包括以下步驟：a.以原生鈷礦石為原料，制取高純鈷鹽溶液；b.在弱氧化氣氛下，將濃度為4070g/l的高純鈷鹽溶液與濃度為60200g/l的沉淀劑混合反應(yīng)，反應(yīng)溫度為4080C,反應(yīng)時間560分鐘，反應(yīng)后PH值為7.29.5，過濾、洗滌、

6、 干燥得電池級鈷鹽；c.在弱氧化氣氛下，以400830 C煅燒電池級鈷鹽 27小時，經(jīng)粉碎制得微米或納米級四氧化三鈷；d.將粉碎的微米電池級碳酸鋰與微米或納米級四氧化三鈷按1.001.04： 1摩爾比稱量配比后混合，在弱氧化氣氛下，以450950C煅燒1020小時，粉碎、分級制得成品4. 鉆酸鋰的優(yōu)劣性該正極材料的主要優(yōu)點為：工作電壓較高(平均工作電壓為3.7V)、充放電電壓平穩(wěn)，適合大電流充放電，比能量高、循環(huán)性能好，電導(dǎo)率高，生產(chǎn)工藝簡單、容易制備等。主要缺點 為：價格昂貴，抗過充電性較差，循環(huán)性能有待進一步提高三元材料鉆酸鋰鋰是目前應(yīng)用最廣的電池材料，但鉆資源日益匱乏，價格昂貴， 且鉆酸

7、鋰電池在使用過程中存在安全隱患。鎳鉆錳酸鋰以相對廉價的鎳和 錳取代了鉆酸鋰中三分之二以上的鉆，成本方面優(yōu)勢非常明顯，和其他鋰 離子電池正極材料錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰相比，鎳鉆錳酸鋰材料和鉆酸鋰在 電化學(xué)性能和加工性能方面非常接近，使得鎳鉆錳酸鋰材料成為新的電池 材料而逐漸取代鉆酸鋰，成為新一代鋰離子電池材料的寵兒。分子式：LiNixCoyM n1-x-yO2 夕卜觀：黑色固體粉末，流動性好，無結(jié)塊物相：符合純相LiNiO2結(jié)構(gòu)形貌：球形或類球形顆粒主要用途鋰離子電池正極材料。如動力電池、工具電池、聚合物電池、圓柱電 池、鋁殼電池等。鎳鉆錳酸鋰性能(1) 高能量密度，理論容量達到mAh/g；(2)

8、循環(huán)性能好在常溫和高溫下(3) 具有電壓高在 2.5-4.3/4.4V280 mAh/g，產(chǎn)品實際容量超過150均具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性；電壓圍循環(huán)穩(wěn)定可靠；(4) 熱穩(wěn)定性好在 4.4V充電狀態(tài)下的材料熱分解穩(wěn)定；(5) 循環(huán)壽命長1C循環(huán)壽命500次容量保持80%以上；(6) 晶體結(jié)構(gòu)理想、自放電小、無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點。制備鎳鉆錳酸鋰的制備方法主要采用高溫固相合成法，共沉淀法。目前主 要采用錳化合物、鎳化合物及鉆酸鋰和氫氧化鋰作為原料，通過水熱反應(yīng)， 得到鋰、錳、鉆、鎳結(jié)合良好的前提，再對前提補充配入鋰源并研磨得到 前軀體，經(jīng)過煅燒制備得到鎳鉆錳酸鋰。隨著全球資源的日益緊及環(huán)境的 壓力，電

9、池材料必須走定線循環(huán)之路。邦普循環(huán)科技成功發(fā)明了一種以廢 舊鋰離子電池定向循環(huán)鎳鉆錳酸鋰的方法。其主要特點是：將廢舊鋰離子 電池經(jīng)過拆解、分選、粉碎、篩分等預(yù)處理后，再采用高溫除粘結(jié)劑、氫 氧化鈉除鋁等工藝，采用硫酸和雙氧水體系浸出、P204萃取除雜，得純凈的鎳、鉆、錳溶液，配入適當(dāng)?shù)牧蛩徨i、硫酸鎳或硫酸鉆，調(diào)節(jié)鎳、鉆、 錳元素的摩爾比；隨后采用碳酸銨調(diào)節(jié)PH值，形成鎳鉆錳碳酸鹽前軀體，接著配入適當(dāng)碳酸鋰，高溫?zé)Y(jié)合成鎳鉆錳酸鋰。該方法工藝流程簡單， 原料價格低，產(chǎn)品附加值高。為廢舊電池資源化利用產(chǎn)業(yè)及鎳鉆錳酸鋰 的生產(chǎn)提供了一條全新的途徑。性能參數(shù)：以下數(shù)據(jù)來自國以廢舊電池為原料定向循環(huán)制備

10、鎳鉆錳酸鋰的市邦普 循環(huán)科技(1) 振實密度(g/cm3) 2.0-2.4 ;(2) 比表面積(m2/g) 0.3-0.8 ;(3 )粒徑大小 D50 ( um) 9-12 ;(4) 首次放電容量(0.2C ) 148;(5) Ni (% 19.5-21.5;(6) Co (% 19.5-21.5;(7) Mn( % 18.0-20.0;(8) Ni+Co+Mn( % 58.0-62.0 ;(9) 首次可逆效率( 88.優(yōu)點：容量比較高的材料，其比容量比鉆酸鋰高出30%以上，而且和鉆酸鋰有相同的上下限電壓，比較容易規(guī)模化利用，價格相對便宜。安全性也相對較好，價格相對較低，與電解液的相容性好，循

11、環(huán)性 能優(yōu)異，是最有可能在小型通訊和小型動力領(lǐng)域同時應(yīng)用的電池正極材料，甚至有在大型動力領(lǐng)域應(yīng)用的 可能。缺點：材料的合成相對困難，材料的密度相對較低，材料的電壓平臺較低，充放電效率較低，和電解液相容性和安全性差等缺陷應(yīng)用前景由于鎳鉆錳酸鋰是在鉆酸鋰基礎(chǔ)上經(jīng)過改進而成具有較高安全性的正 極材料，自提出以來，其憑借容量高、熱穩(wěn)定性能好、充放電壓寬等優(yōu)良 的電化學(xué)性能而受到廣泛關(guān)注，被視為下一代鋰離子電池正極材料的理想 之選。鎳鉆錳酸鋰在層狀結(jié)構(gòu)中以Ni和Mn取代部分Co,減少了鉆的用量,降低了成本，而且提高了能量密度，目前已在動力型圓柱鋰離子電池中得 到廣泛應(yīng)用。錳酸鋰概況錳酸鋰是較有前景的鋰離

12、子正極材料之一，相比鉆酸鋰等傳統(tǒng)正極材料，錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好 等優(yōu)點，是理想的動力電池正極材料，但其較差的循環(huán)性能及電化學(xué)穩(wěn)定 性卻大大限制了其產(chǎn)業(yè)化。錳酸鋰主要包括尖晶石型錳酸鋰和層狀結(jié)構(gòu) 錳酸鋰，其中尖晶石型錳酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，目前市場產(chǎn) 品均為此種結(jié)構(gòu)。尖晶石型錳酸鋰屬于立方晶系，F(xiàn)d3m空間群，理論比容量為148mAh/g，由于具有三維隧道結(jié)構(gòu)，鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格 中脫嵌，不會引起結(jié)構(gòu)的塌陷，因而具有優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定性 結(jié)構(gòu)LiM n2O4是一種典型的離子晶體，并有正、反兩種構(gòu)型。XRD分析知正常尖晶石LiMn2O4是

13、具有Fd3m對稱性的立方晶體，晶胞常數(shù)a=0.8245nm，晶胞體積V=0.5609nm3。氧離子為面心立方密堆積（ABCABG .，相鄰氧八面 體采取共棱相聯(lián)），鋰占據(jù)1/8氧四面體間隙（V4）位置（Li0.5Mn2O4結(jié)構(gòu) 中鋰作有序排列：鋰有序占據(jù)1/16氧四面體間隙），錳占據(jù)氧1/2八面體間隙（V8）位置。單位晶格中含有56個原子:8個鋰原子，16個錳原子，32個氧原子，其中 Mn3+和Mn4+各占50%由于尖晶石結(jié)構(gòu)的晶胞邊長是普 通面心立方結(jié)構(gòu)（fee）型的兩倍，因此，每個晶胞實際上由 8個立方單元組 成。這八個立方單元可分為甲、乙兩種類型。每兩個共面的立方單元屬于 不同類型的結(jié)構(gòu)

14、，每兩個共棱的立方單元屬于同類結(jié)構(gòu)。每個小立方單元 有四個氧離子，它們均位于體對角線中點至頂點的中心即體對角線1/4與3/4處。其結(jié)構(gòu)可簡單描述為8個四面體8a位置由鋰離子占據(jù)，16個八面體位置（16d）由錳離子占據(jù)，16d位置的錳是 Mn34和Mn4+按1:1比例占據(jù)， 八面體的16e位置全部空位，氧離子占據(jù)八面體32e位置。該結(jié)構(gòu)中 MnO6氧八面體采取共棱相聯(lián)，形成了一個連續(xù)的三維立方排列，即M2O4尖晶石結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)為鋰離子的擴散提供了一個由四面體晶格8a、48f和八面體晶格16e共面形成的三維空道。當(dāng)鋰離子在該結(jié)構(gòu)中擴散時，按8a-16e-8a順序路徑直線擴散（四面體8a位置的能壘低于氧

15、八面體16e或16d位置的能壘），擴散路徑的夾角為107。，這是作為二次鋰離子電池正極材料使用的理論基礎(chǔ)。工藝錳酸鋰的生產(chǎn)主要以EMD和碳酸鋰為原料，配合相應(yīng)的添加物，經(jīng)過混料，燒成,后期處理等步驟而生產(chǎn)的。從原材料及生產(chǎn)工藝的特點來考慮，生產(chǎn)本身無毒害，對 環(huán)境友好。不產(chǎn)生廢水廢氣，生產(chǎn)中的粉末可以回收利用。因此對環(huán)境沒有影響錳酸鋰電池參數(shù)：標(biāo)稱電壓：3.8v輸出電壓圍：2.54.2v標(biāo)稱容量：7500mAh標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)放電電流：0.2C最大持續(xù)放電電流：1C工作溫度：充電：045C放電：-2060C產(chǎn)品尺寸：成品阻：w 200mQ引線型號：國標(biāo)線 UL3302/26#，線長50mm白色線為10

16、K NTC保護板參數(shù)：（各參數(shù)可根據(jù)客戶產(chǎn)品設(shè)置）過充保護電壓/每串4.28 0.025V過放保護電壓2.4 0.1V過流值：24A錳酸鋰電池的優(yōu)缺點分析成本低、安全性好的正極材料，但是其材料本身并不太穩(wěn)定，容易分 解產(chǎn)生氣體，因此多用于和其它材料混合使用，以降低電芯成本，但其循 環(huán)壽命衰減較快，容易發(fā)生鼓脹，壽命相對短，主要用于大中型號電芯， 動力電池方面，其標(biāo)稱電壓為 3.8V磷酸鐵鋰概述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首次揭露AyMPO4（A為堿金屬，M為CoFe兩者之組合：LiFeCOPO4）的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料 之后，1997年美國德克薩斯州立

17、大學(xué)John. B. Goodenough等研究群，也接著報導(dǎo)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(jié)構(gòu)（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(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料， 尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4和層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2相比，LiMPO4的原物料來源更廣泛、價格 更低廉且無環(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)品實際比容量可超過140 mAh/g ( 0.2C, 25 );2. 安全性，是目前最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。在100%DO

18、D 條件下，可以充放電2000次以上；(原因：磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)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 電子離子傳導(dǎo)率差，不適宜大電流的充放電，在應(yīng)用方面受阻。解決方法：在電極表 面包覆導(dǎo)電材料、摻雜進行電極改性。)4. 無記憶效應(yīng)；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，最快可在1小時將電池充滿。具體的物理參數(shù)：松裝密度：0.7g/cm振實密度：1.2g/cm中位徑：2-6um比表面積30m/g涂片參數(shù)：LiFePo4:C:PVDF=90:3:7極片壓實密度：2.1-2.4g/cm電化性能：克容量155mAh/g 測試條件：半電池，0

19、.2C，電壓 4.0-2.0V循環(huán)次數(shù)：2000次國國際磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)商：國：金馬能源 匯龍?zhí)旖蛩固靥m 北大先行瑞翔鐵虎能源長圓立凱朗泰賽 恩斯金鋰科技等國際：加拿大 Phostech、美國 Vale nee、美國 A123、日本 sony.其中 A123規(guī)模 最大且得到美國政府的大力支持。6. 磷酸鐵鋰充放電結(jié)構(gòu)變化圖新穎性及特點磷酸鐵鋰是一種新型鋰離子電池電極材料。其特點是放電容量大，價格低廉，無 毒性，不造成環(huán)境污染。世界各國正競相實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。但是其振實密度低，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(biāo)比較穩(wěn)定。鋰離子電池的性能主要取決于正負(fù)極材料，磷酸鐵鋰作為鋰離子

20、電池的正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池 是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達 2000次。單節(jié)電池過充電壓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。以滿足電動車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點，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(guī)劃重點支持的領(lǐng)域。目前鋰離子電池還是以小容量、低功率電池為主，容量、中高功

21、率的鋰離子電池尚開始試水大規(guī)模生產(chǎn)，使得鋰離子電池逐步在容量UPS、型儲能電池、電動工具、電動汽車中得到廣泛應(yīng)用。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分。迄今研究最多的正極材料是LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及以上三種材料的衍生物，女口 、LiNi1/3Co1/3Mn 1/3O2等。LiCoO2是唯一大規(guī)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，但價格昂貴，容量較低，存在一定的安全性問題。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(xiàn)性差，存在較為嚴(yán)重的安全問題?？煽闯?LiNi

22、O2 和LiCoO2的固溶體，兼有LiNiO2 和LiCoO2 的優(yōu)點，一度被人們認(rèn)為是最有可能取代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，綜合性能有待改進；同時由于含較多昂貴的Co，成本也較高。尖晶石LiM n2O4 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(fù)合氧化物鎳鈷錳酸鉀(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)材料集中了 LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 等材料的各自優(yōu)點：成本與 相當(dāng)，可逆容量大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性較好，介于和LiMn2O4 之間，循環(huán)性能好，合成容易

23、；但由于含較多昂貴的Co，成本也較高。對容量、中高功率的鋰離子電池來說，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足要求。因此， 研究開發(fā)能用于容量、中高功率的鋰離子電池的新型正極材料成為當(dāng)前的熱點。正交橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4正極材料已逐漸成為國外新的研究熱點。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優(yōu)點：不含貴重元素，原料廉價，資源極大豐富；工作電壓適中(3.4V)；平臺特性好，電壓極平穩(wěn)(可與穩(wěn)壓電源媲美)；理論容量大(170mAh/g)；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安

24、全性能極佳(O與P以強共價鍵牢固結(jié)合，使材料很難析氧分解)；高溫性能和熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已知的其它正極材料；循環(huán)性能好；充電時體積縮小，與碳負(fù)極材料配 合時的體積效應(yīng)好；與大多數(shù)電解液系統(tǒng)兼容性好，儲存性能好；無毒，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，可望成為容量、中高功率鋰離子電 池首選的正極材料。該材料的產(chǎn)業(yè)化和普及應(yīng)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 池在容量 UPS、型儲能電池、

25、電動工具、電動汽車中的應(yīng)用成為現(xiàn)實。磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點然而，磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點一直受到人們的忽視和回避，尚未得到解決， 阻礙了材料的實際應(yīng)用。鈷酸鋰的理論密度為5.1g/cm3，商品鈷酸鋰的振實密度一般為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(dǎo)電性，人們摻入導(dǎo)電碳材料，又顯著降低了材料的堆積密度，使得一般 摻碳磷酸鐵鋰的振實密度只有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，不僅毫無優(yōu)勢可言，而且很難 應(yīng)用于實際。因此，提高磷酸鐵鋰的堆積密度和體積比容量對磷

26、酸鐵鋰的實用化具有決定意義。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。舉例來說，Ni(OH)2 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Ni(OH)2，其振實密度只有 1.5-1.6g/cm3 ;目前采用的球形 Ni(OH)2 的振實密度 可達2.2-2.3g/cm3 ;球形 Ni(OH)2 已基本上取代了片狀的 Ni(OH)2，顯著提高了鎳氫 電池和鎳鎘電池的能量密度。本實驗室借鑒高密度球形Ni(OH)2 的研究成果，開發(fā)成功了鋰離子電池高密度球形系列正極材料，包括 LiCoO2 、LiNi1/3Co1/3Mn 1/3O2同類材料。研究和實際應(yīng)用表明，球形產(chǎn)品不

27、僅具有堆積密度高、體積比容量大等突 出優(yōu)點，而且還具有優(yōu)異的流動性、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，相對于無規(guī)則的顆粒，規(guī)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)品更有希望通過表面修 飾進一步改善綜合性能。在此基礎(chǔ)上，我們提出：球形化是鋰離子電池正極材料的發(fā)展方向。目前國外報 導(dǎo)的LiFeP04 正極材料都是由無規(guī)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LiFeP04 材料顆粒的球形化，通過顆粒的球形化來提高材料的堆積密度和體積比容量；在此基礎(chǔ)上，發(fā)揮球形材料易于表面包覆的優(yōu)勢， 進一

28、步通過球形顆粒的表面修飾提高材料的綜合性能；在對LiFeP04材料顆粒的球形化和表面修飾的過程中，充分借鑒、吸收、利用人們在提高磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率方面 已取得的優(yōu)秀成果；最終制備出球形、高堆積密度、高體積比容量、高導(dǎo)電性的 LiFeP04正極材料，使之能應(yīng)用于容量、中高功率的鋰離子電池，促進該材料的產(chǎn)業(yè) 化。目前，本研究室采用二價鐵鹽或三價鐵鹽、磷酸或磷酸鹽、氨水為原料，通過控 制結(jié)晶技術(shù)合成高密度球形磷酸鐵前驅(qū)體，再與鋰源、碳源共混熱處理，通過碳熱還 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5-10艸、堆積密度大（振實密度可達1.6-1.8g/cm3 ）

29、、流動性好、可加工性能好，可逆容量 140mAh/g 。磷酸鐵鋰的制備方法1. 固相合成法：1.1高溫固相反應(yīng)法：現(xiàn)在最常用，也是最成熟的合成方法.1.2碳熱還原法（CTR）:合成方法簡單，易于操作，原材料價格低.適合大規(guī)模生產(chǎn).1.3微波合成法：合成時間短，能耗低，適合實驗室的研究 .1.4機械合金化法2. 液相合成法2.1液相共沉淀法 2.2溶膠-凝膠法 2.3水熱合成法3. 其它合成方法放電等離子燒結(jié)技術(shù)，噴霧熱分解技術(shù)和脈沖激光沉積技術(shù)也于用于磷酸鐵鋰的合成磷酸鐵鋰材料的缺點1導(dǎo)電性差。這個問題是其最關(guān)鍵的問題。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大圍的應(yīng)用，這是一個主要的問題。但是，這個問題目

30、前已經(jīng)可以得到完美的解決：就是 添加C或其它導(dǎo)電劑。實驗室報道可以達到160mAh/g以上的比容量。我們公司生產(chǎn)的磷酸鐵鋰材料在生產(chǎn)過程中已經(jīng)添加了導(dǎo)電劑，不需要制作電池時添加。實際上材 料應(yīng)該為：LiFeP04/C，這樣一個復(fù)合材料。2、振實密度較低。一般只能達到1.3-1.5g/ml，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰的最大缺點。這一缺點決定了它在小型電池如手機電池等沒有優(yōu)勢。即使它的成 本低，安全性能好，穩(wěn)定性好，循環(huán)次數(shù)高，但如果體積太大，也只能小量的取代鈷 酸鋰。這一缺點在動力電池方面不會突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來制作動力電池鈦酸鋰鈦酸鋰材料的結(jié)構(gòu)特點Li4Ti5012鈦酸鋰的尖晶石型

31、結(jié)構(gòu)是一種由金屬鋰和低電位過渡金屬鈦的復(fù)合氧化物，屬于AB2X4系列，它可以被描述成尖晶石固溶體。其空間點群為Fd3m空間群，晶胞參數(shù) a為0.836nm，為不導(dǎo)電的白色晶體，在空氣中可以穩(wěn)定存在。結(jié)構(gòu)類似于反尖晶石：在一個晶胞中，32個氧負(fù)離子 O2.按立方密堆積排列，占總數(shù)3/4的鋰離子 Li+被四個氧離子緊鄰作正四面體配體嵌入空隙， 其余的鋰離子和所有鈦離子Ti4+（原子數(shù)目1:5）被六個氧離子緊鄰作正八面體配體嵌入空隙，因此其結(jié)構(gòu)可以表示為LiLi1/3Ti5/3O4，Li4Ti5012穩(wěn)定致密的結(jié)構(gòu)可以為有限的鋰離子提供進出的通道。Li4Ti5012固有的電子電導(dǎo)率為10-9S/CM

32、Li4Ti5O12 最大的特點就是其零應(yīng)變性”。所謂零應(yīng)變性”是指其晶體在嵌入或脫出鋰離子時晶格常數(shù)和體積變化都很小，小于1%。在充放電循環(huán)中，這種零應(yīng)變性”能夠避免由于電極材料的來回伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高電極的循環(huán)性能 和使用壽命，減少循環(huán)帶來的比容量衰減，具有非常好的耐過充、過放特征。鈦酸鋰負(fù)極材料鈦酸鋰材料理論比容量為175 mAh g-1，實際比容量大于160mAh g-1。鈦酸鋰材料有獨特的優(yōu)勢如：1具有循環(huán)壽命長，高穩(wěn)定性能；3 Li4Ti5O12 是一種 零應(yīng)變材料”，鋰離子具有很好的遷移性。4.這種零應(yīng)變性使其在鋰電池負(fù)極材料中倍受關(guān)注。鈦酸鋰產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)：項目單位測量值檢查械器型式D10m0.63Malver n In strume nts LtdMASTERSIZER2000D501 m1.44D901 m2.43振實密度g/ml1.68Qua ntachrome UPYC1000首次容量mAh/g166.34半電池測試柜首次效率%98鈦酸鋰