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剖析磷酸铁锂材料的一致性问题

北极星储能网  来源:高工锂电技术与应用  作者:JFD  2017/3/22 8:40:25  我要投稿  

北极星储能网讯:编者按:对于磷酸铁锂LFP生产的一致性问题,大多数人都是从生产环节来考虑的。这些原因当然很重要,但笔者这里要说的是,LFP生产一致性问题有它化学反应热力学上的根本性原因。

人们经常诟病LFP材料的一个最主要缺点就是批次稳定性的问题。对于这个问题,笔者个人的观点是一致性不好是绝对的,产品的一致性好才是相对的。对于LFP生产的一致性问题,大多数人都是从生产环节来考虑的。比如技术有没有完全吃透,在小试到中试和中试到生产线建设过程缺乏系统工程设计以及生产技术成果的“源头”与生产商转化过程的衔接出现问题等。还有就是原材料状态控制和生产工艺设备状态控制问题等,这些都是影响LFP生产一致性的原因。

这些原因当然很重要,但笔者这里要说的是,LFP生产一致性问题有它化学反应热力学上的根本性原因。从材料制备角度而言,磷酸铁锂的合成反应是一个复杂的多相反应,有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐,外加碳的前驱体以及还原性气相。

反应过程的热力学模拟计算就表明,在这个复杂的多相反应过程中很难保证反应微区的一致性,同时存在着+3价铁还原不充分和被过度还原到铁单质的可能,其后果就是微量的+3价铁和单质铁可能同时存在在LFP产物里。

单质铁会引起电池的微短路,是电池中最忌讳的物质,而+3价铁同样可以被电解液溶解而在负极被还原。其实我们经常讨论的LFP产品一致性差的根源就在这里,而这个热力学上的因素是无法克服的。合成工艺路线的优化和生产过程的自动化,是提高LFP材料批次稳定性的基本手段。但笔者要强调的是,材料不同批次之间的差异只能通过工艺和设备的不断改进完善从而提高到LFP实际应用可以接受的波动范围之内,而不可能做到绝对一致。

LFP中单质铁和氧化铁杂质含量的问题,之前一直没有引起人们的重视。最近几年,随着LFP动力电池测试和实际使用数据的大量积累,人们已经认识到了铁杂质的影响。铁杂质不仅影响电池的高温循环性能和安全性,还直接关系到LFP动力电池的自放电和静态存储性能,因此必须严格控制LFP成品中铁杂质含量。由于LFP容易被磁化产生弱磁性,如果直接从成品材料中用磁力棒除铁并不现实。

笔者个人认为,只有在生产过程中改进工艺尽量减少铁杂质的引入才是有效途径。这就需要企业吃透工艺流程,一方面严控生产环节杜绝外界铁杂质的引入,另一方面需要优化烧结工艺参数,尽可能减少在烧结过程中还原不充分或者铁被过度还原的可能性。

延伸阅读:

储能锂电池正极材料—磷酸铁锂产业化论叙

【涨知识】关于磷酸铁锂电池 知道这些就够了!

原标题:剖析磷酸铁锂材料的一致性问题

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