秦波:磷酸铁锂生产工艺路线探讨.doc
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1、.秦波:磷酸铁锂生产工艺路线探讨离子电池正极材料磷酸铁锂,凭借相容性好、能量密度高、循环寿命长、高温性能和安全性能好等优点,在储能市场和电动车市场具有很强的投资价值。比亚迪等具有战略眼光的企业已经开始投资生产磷酸铁锂,并拥有“铁电池”核心技术,积累了丰富的产业经验。 根据笔者获得的市场信息,磷酸铁锂材料发展面临的一个突出问题,就是生产工艺路线过多过杂,这也正反映出该材料的生产工艺在国内总体上来看还没有完全成熟。目前市场上主流的生产工艺路线包括四种:水热法工艺路线、草酸亚铁工艺路线、氧化铁工艺路线和磷酸铁工艺路线。 水热法工艺路线代表性企业为加拿大的Phostech和韩国的韩华,其原料为氢氧化锂
2、、硫酸亚铁。这些原料为大宗产品,价格低廉,且品质容易控制。原料在反应釜内约200,反应数小时,过滤洗涤后高温一次烧结,工艺重现性容易控制,但因锂的投入量是硫酸亚铁摩尔量的三倍,投入大量的锂,需要考虑锂的回收,回收成本较高。 此外,由于对反应釜的工艺条件,如温度、压力、耐腐蚀等要求较高,该工艺路线批产量较低,难实现连续化生产,这也是影响Phostech的P2产品无法大规模生产的一个主要因素。由于采用水热法,生成的磷酸铁锂晶体成片状,导致其振实密度在所用的工艺路线里最低,一般低于1.0g/cc。 不过,该工艺路线生产的磷酸铁锂电化学性能优良:半电池0.2C放电容量一般大于150mAh/g,全电池1
3、C放电容量一般大于130mAh/g,低温性能在所有的工艺路线中是最好的。 草酸亚铁工艺路线的代表性企业为天津斯特兰、合肥国轩和烟台卓能。草酸亚铁的工艺路线,应该是最早出现的工艺路线,原料的铁源采用草酸亚铁。草酸亚铁原料的纯度较低,一些草酸亚铁原料来自做钛白粉的企业,副产品FeSO4很多,放置一段时间三价铁会比较多,中间还有很多废弃物混杂。不过,从钛白粉来的草酸亚铁Si和Ti含量比较高。 笔者了解到,某些草酸亚铁原料是钢厂出来的酸洗液,锰、铬、镍含量较高,这些都会影响磷酸铁锂成品的性能。草酸亚铁原料形貌控制非常困难,导致成品磷酸铁锂加工性能较差。该工艺路线大概流程是:采用三种原料草酸亚铁,磷酸二
4、氢铵和碳酸锂,经过两次球磨(分散剂采用酒精),再经过干燥工序、两次烧结工序以及破碎工序。 因为采用三种原料,混料的均匀性控制较差。球磨后,因考虑草酸亚铁中二价铁在干燥过程的氧化问题,一般需要真空干燥,稳定性控制较差。采用二价铁源,对烧结炉的气氛保护系统要求较高。 整个工艺路线,能耗过高,生产周期较长,尾气中含有大量的污染性气体氨气,需要对其进行净化处理,处理成本较高。另外,产品的烧成率低于50%,成品率过低。 草酸亚铁工艺路线生产的磷酸铁锂振实密度常见为0.8-1.1g/cc,振实密度偏低。该工艺路线生产的磷酸铁锂电化学性能优良:半电池0.2C放电容量一般大于155mAh/g,全电池1C放电容
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