2008-12-12-磷酸铁锂研究进展

1磷酸铁锂正极材料研究及产业化进展北大先行科技产业有限公司2008.12.12能源能源形势随着科技的进步和社会的发展，人们对能源的需求量越来越大！2007年：中国原油消费总量3.5亿吨，进口1.6亿吨，对外依存度46.1%；交通领域石油消费占约60%。40%60%46%54%国际市场石油价格走势2007年我国石油来源及消耗构成图交通领域其他领域进口国内生产数据来源：中国石油和化学工业协会，海关总署数据来源：《对中国能源问题的思考》，江泽民“电动技术产业”必将蓬勃发展动力锂离子电池作为电动汽车的关键部件是推动“电动技术产业”发展的关键因素！动力锂离子电池发展方向动力锂离子电池高安全长寿命低成本无污染关键材料正极材料负极材料锂离子电池----系统工程电解液电池设计制造工艺管理系统化学材料科学化学机械设计化学电子学工艺应用当前主要正极材料钴系LiCoO2锰系LiMn2O4多元系LiNixCo1-x-yMyO2磷系LiMPO4几种动力电池正极材料性能比较容量：LiNixCoyM1-x-yO2LiFePO4LiMn2O4安全性能：LiFePO4LiMn2O4LiNixCoyM1-x-yO2原材料成本：LiMn2O4LiFePO4LiNixCoyM1-x-yO2几种材料各具优缺点；动力电池更关注安全性和循环寿命几种不同化学体系放热量对比3.41KJ/Wh29%71%LiFePO4/C66%34%4.86KJ/WhLiMn2O4/Li4Ti5O1260%40%5.40KJ/WhLiNi0.8Co0.15Al0.05O2/C正极负极目前几种动力电池体系★LiMn2O4-Carbon:高功率、中等比能量安全？循环寿命（尤其高温循环）？★Li(Ni,Co,Mn)O2-Carbon:高功率、高比能量安全？循环寿命？★LiMn2O4-LTO:高功率、低比能量、低电压最安全的负极长寿命★Li(Ni,Co,Al)O2-Carbon:高功率、高比能量安全？循环寿命？★LiFePO4-Carbon:高功率、中等比能量最安全的正极材料长寿命优点：结构稳定、安全性能好；资源丰富、成本低廉；循环性能好；耐过充性能好，有利于电池组合使用.缺点：导电性能差、加工性能差磷酸铁锂材料的性能特点a.LiFePO4基本结构(Tarascon,Nature,2001,414:359)改性提高电子导电率改善离子扩散通道磷酸铁锂材料的改性A.Padhi,K.Monjundaswamy,J.Goodenough，J.Eelectrochem.Soc.1997，144，1188------首次报道LiFePO4，2002成立PhostechLithiumCo.Ravet,Y.Chouinard,J.F.Magnan,S.Besner,M.Gauthier,andM.Armand,Abstract166,InternationalMeetingonLithiumBatteries,Como,Italy,May28-June,2000----碳包覆ChungSY,BlokingJT,ChiangYM.NatureMaterials，2002,2:123-128------离子掺杂，2003成立A123Co.J.Barker,M.Y.Saidi,andJ.L.Swoyer.ElectrochemicalandSolid-StateLetters,2003,6~3:A53-A55---碳热还原法，Valence磷酸铁锂材料主要进展炭包覆包覆金属纳米粒子离子掺杂改善电子导电性能的方法1.包覆炭黑2.包覆有机物热解炭碳包覆方法Schematicviewofthecarboncoatingincompositematerialspreparedby(a):addingcarbonblack,(b):addingsugar.CarbonisdepictedasblackandLiFePO4aswhiteChenZH,DahnJR.J.Eelectrochem.Soc.,2002,149(9):A1184abChenZH,DahnJR.J.Eelectrochem.Soc.,2002,149(9):A1184降低了电活性物质的含量；降低了材料的振实密度；牺牲了材料的体积比能量；对材料颗粒本体的导电性不产生影响。碳包覆的缺点如Au、Ag、Cu包覆金属纳米颗粒CroceF,EpifanioAD’,HassounJ,etal.Electrochem.andSolidStateLett.,2002,5(3):A47ChungSY,BlokingJT,ChiangYM.NatureMater.2002,2:123离子掺杂减小材料一次颗粒（纳米化）改善离子扩散通道材料加工较为困难发展二次粒子ProsiniPP，CarewskaM,ScacciaS,etal.J.Eelectrochem.Soc.,2002,149(7):A886LiFePO4NanocrystallinedimensionalparticlesA123天津STL苏州恒正LiFePO4的主要生产厂家磷酸铁锂产业化进展台湾长园ValenceTech.Ltd（USA）A123（USA）Phostech（Canada）我们的进展2001年开始研究磷酸铁锂-200204060801001201401601802.02.53.03.54.0Voltage[V]Capacity[mAh.g-1]withoutadditivewithSPwithBPwithTP不同碳源包覆改性024681012406080100120140160180undopingdoping-1doping-2SpcificCapacity(mAh·g-1)Cyclenumber不同掺杂方式MaterialsLetters，2005,59:2361～2365物理化学学报，2004,20(6):582～586无机化学学报，2005,21(4):474～476磷酸铁锂形貌控制合成2µm中国专利，专利号：ZL200610011378.7中国专利，申请号：200710000683.0MaterialsLetters，2007,61(4)：1260-1264物理化学学报，2007，23（6），838-834产业化进程2003年获得北京市科技计划项目战略高技术基础研究基金的支持2006年入选首批北京新材料工程中心单位2007年被评定为国家重点新产品2006年获得科技部863计划的支持产品发展进程包覆掺杂降低材料的内阻提升材料的容量改善材料形貌改善材料的粒度分布提高材料的压实密度提高电化学性能改善材料加工性能2003年容量：130mAh/gTD：0.8g/cm3SSA：20m2/g2008年容量：150mAh/gTD：1.3g/cm3SSA：11m2/g。。。。。。29电性能对比0.1C首次容量提升5mAh/g；3.3V平台提升到92.6%，提升了8个百分点；充放电平台电压差降低一倍；0204060801001201401602.02.42.83.23.64.0voltage(V)specificcapacity(mAh/g)LFP-200F2108G0700584.8%3.3V92.6%1001201401602.02.42.83.23.64.0voltage(V)specificcapacity(mAh/g)LFP-200F2108G0700584.8%3.3V92.6%0204060801001201401602.02.42.83.23.64.0voltage(V)specificcapacity(mAh/g)0.1C1Cchargeanddischargecapacitiesat0.1cand1Crate3.3Vflatmaintanance:80%0.1Cfirstefficiency:100%产品TDD10D50D90D97SSAC%LFP-0201.2-1.30.62.220.335.715.52.0LFP-2001.3-1.40.51.44.98.611.72.4物理性能对比改进后磷酸铁锂材料特点※具有较窄的粒度分布和较低的比表面积，易于加工；※产品极化变小，具有较高的容量和较高的平台保持率；※较高的压实密度，可提高材料的体积比能量。应用---电动汽车奥运纯电动大巴纯电动环卫车时风电动汽车应用---储能电池新能源太阳能路灯示范路世纪坛绿色照明工程结束语磷酸铁锂具有安全性能好、循环寿命长等优点，是动力锂离子电池的优先选择；磷酸铁锂研究和产业化进展迅速，必将进一步促进“电动技术产业”的快速发展；谢谢！