中國粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池性能主要取決于正負(fù)極材料，磷酸鐵鋰作為正極材料推出時間較晚，但它具有安全性能高、循環(huán)壽命長、原材料來源廣泛、價格便宜等一系列優(yōu)勢，受到行業(yè)內(nèi)專家學(xué)者的格外關(guān)注，相關(guān)研究成果和產(chǎn)品迅速得到應(yīng)用和推廣。
自然界中的磷酸鐵鋰主要以磷酸鐵鋰礦的形式存在，具有橄欖石結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系。其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性使Li+在晶格中的任意脫嵌過程不會引起材料結(jié)構(gòu)的明顯變化 ，故LiFePO4具有很好的循環(huán)性能，且在低倍率下實際容量可以接近理論容量（1C，170 mA·h/g）。除此之外，研究表明晶格中較強的P—O共價鍵作用力使磷酸鐵鋰正極材料具有較三元材料和鈷酸鋰更優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。
以Li+一維擴散通道為視角的磷酸鐵鋰晶體結(jié)構(gòu)
磷酸鐵鋰在鋰電池中的工作原理是：充電時，Li+從正極 LiFePO4 脫嵌出而形成貧鋰相的LixFePO4，最終生成FePO4，脫出的Li+經(jīng)過電解質(zhì)溶液進(jìn)入負(fù)極，同時電子從外電路由正極向負(fù)極移動，從而實現(xiàn)正負(fù)極的電荷平衡。放電時，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)溶液嵌入FePO4 正極，形成富鋰相LixFePO4，從而形成 LiFePO4。
圖源：頭豹研究院
目前磷酸鐵鋰正極材料主流制備工藝可分為固相法和液相法兩大路線。
固相法將鐵源、磷源、鋰源通過機械研磨均勻后，再經(jīng)過高溫煅燒實現(xiàn)碳包覆，制備成磷酸鐵鋰；特點是操作簡單、技術(shù)壁壘不高、成本較低，是大多數(shù)鐵鋰企業(yè)的選擇。固相法主要有碳熱還原法、高溫固相法等。
根據(jù)選用鐵源的不同，固相法又細(xì)分為草酸亞鐵法、磷酸鐵法、鐵紅法等。
高溫固相法——草酸亞鐵法
碳熱還原法——磷酸鐵法
碳熱還原法---鐵紅法
液相法比固相法在制備過程中更容易實現(xiàn)反應(yīng)物的均勻混合，合成的材料純度高、產(chǎn)率高，易于控制材料的尺寸和形貌。液相法主要有水熱法、溶膠-凝膠法、共沉淀法等。
固相法和液相法在工業(yè)生產(chǎn)中均有應(yīng)用，各有優(yōu)劣�？傮w來說，固相法工藝相對簡單，技術(shù)成熟，可大規(guī)模生產(chǎn)，但存在技術(shù)壁壘較低、產(chǎn)品均一性較差、產(chǎn)物電化學(xué)性能偏低等缺點。液相法具有能耗低、產(chǎn)品性能優(yōu)、批次穩(wěn)定性好、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，但液相法操作較復(fù)雜，存在生產(chǎn)設(shè)備昂貴以及高溫，高壓的設(shè)備安全問題，合成成本較高，具有工藝壁壘。
2023年8月，中國粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會”。我們有幸邀請到中南大學(xué)的胡國榮教授為我們帶來題為《磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術(shù)路線與競爭力分析》的報告。
胡國榮，教授，博士生導(dǎo)師。中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院輕金屬及工業(yè)電化學(xué)研究所所長，先進(jìn)電池材料教育部工程研究中心副主任，中國化學(xué)與物理電源協(xié)會理事，中國鋰電池協(xié)會理事，國際電源商情編委，鋰電池通訊編委。
主要從事電化學(xué)理論與應(yīng)用、能源材料等方面的研究，在鋰離子電池正極材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作發(fā)明方面取得了突出成果。迄今已發(fā)表科研論文200余篇，申請和授權(quán)發(fā)明專利20余項。曾主持和參加國家及省部級科研項目20余項, 包括國家發(fā)改委重大產(chǎn)業(yè)化專項一項，國家科技部“863” 項目一項，負(fù)責(zé)國家科技支撐計劃項目一項，國家級火炬計劃項目一項以及湖南省重點科技項目多項。在鋰離子電池正極材料的產(chǎn)業(yè)化方面取得了突出成果，成功實現(xiàn)鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化。
參考來源：
1.張婷、林森等 磷酸鐵鋰正極材料的制備及性能強化研究進(jìn)展
2.楊凱欣 磷酸鐵鋰正極材料制備研究進(jìn)展
3.周文彩、李金洪等 磷酸鐵鋰制備工藝及研究進(jìn)展
4.鋰電那點事 磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝梳理
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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