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两大磷酸铁锂供应商的PK,一个坚持液相合成法,一个坚持固相合成法

2020-07-01 浏览次数:2,086 次 粉体网

导读:磷酸铁锂(LiFePO4)具有环境友好、价格便宜、安全性能好等优点,被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一,已经广泛应用于国内的电动车动力电池中。磷酸铁路线的基本工艺流程,主要包括磷酸铁前驱体的生产、湿法球磨、喷雾干燥、烧结这几个主要步骤。关于磷酸铁锂的合成工艺也有不少研究,如何选择工艺方法也是一门学问。

磷酸铁锂的合成方法主要有:固相法和液相法,固相法包括:高温固相反应法、碳热还原法、微波合成法、机械合金化法,液相法包括:液相共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法。

作为2019年出货量前两名的德方纳米和贝特瑞在磷酸铁锂合成工艺上分别选择了液相法和固相法,这两种方法有什么区别,德方纳米和贝特瑞的磷酸铁锂产品又有什么特点?

工艺流程比较

1. 固相法

固相合成法由于其工艺简单,且易于工业化,是制备电极材料最为常用的一种方法,碳热还原法是最通用的固相法,碳热还原法采用廉价的三价铁还原成二价铁,同时使热解的碳包覆在磷酸铁锂上起到增强导电性的作用,可谓是一举两得。

碳热还原法工艺流程图

2. 液相法

液相法的制备最大的特点是加入了溶剂。以水热法为例,在密封的压力容器中以水为溶剂,通过原料在高温高压的条件下进行化学反应,经过过滤、洗涤、烘干后得到纳米前驱体,最后经高温煅烧后即可得到磷酸铁锂。

液相法工艺流程图

单从工艺流程来看,固相法工艺简单,适合大规模生产,但其物料之间混合不均匀,粒径分布范围广,导致产品一致性差;液相法的优点当然是混合均匀,产品一致性好,质量就相对更好一点,但是反应过程条件要求高,生产设备较复杂,量产难度较大。

原材料成本比较

由上述工艺生产我们已经知道固相法的工艺简单,而液相法不管是设备还是工艺都更复杂,所以相对的其生产成本也要高一些,那么原材料成本谁更高一些?

固相法与液相法的原材料价格对比

由上表我们可以清晰地看出,固相法的原料成本更高一些,主要是因为无水磷酸铁的价格高,导致固相法原材料价格偏高。

选哪种方法都需要进一步优化

我们可以看出不管是固相法还是液相法都不是那么完美,有许多需要改进的地方,而两家龙头企业选择不同的方法可能因为:德方纳米是专业做磷酸铁锂正极材料的,对产品的一致性、稳定性等更看重,而贝特瑞是负极材料的龙头企业,所以在固相法的合成上更有经验。

1. 德方纳米如何优化液相法?

液相法的缺点是工艺复杂,德方纳米就对其进行了简化,通过一次烧结得到磷酸铁锂正极材料,同时改进了磷酸铁锂的碳包覆方法和金属掺杂方法,还改善了磷酸铁锂正极导电性差、容量较低等问题。

德方纳米的纳米磷酸铁锂的性能参数


2. 贝特瑞如何优化固相法?

贝特瑞改进了磷酸铁锂固相法的生产工艺,提高了生产效率,降低了制备成本,改善了批次不稳定的问题。与传统的全固相制备方法相比,贝特瑞增加了颗粒细化过程并免去烘干过程,大幅降低了制备时间,其制备出的磷酸铁锂正极可逆容量大于156mAh/g,倍率性能优异。此外,贝特瑞还改善了磷酸铁锂正极的低温性能差、导电性差、容量低等问题。

贝特瑞磷酸铁锂产品的理化指标

对于磷酸铁锂来说不管是液相法还是固相法,都还有优化的空间。材料拼到最后拼的是技术,磷酸铁锂能否一直稳坐主流正极材料的宝座还需要企业加大对其工艺的优化升级,将其性能推向更高的水平。

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