リチウムイオンカソード材料の調製方法の簡単な紹介リン酸鉄リチウム

リン酸鉄リチウムは、自然界ではリン酸鉄リチウム鉱石の形で存在し、規則正しいかんらん石構造を持っています。リン酸鉄リチウムの化学式は次のとおりです。LiMPO4、リチウムは正の一価です。中央の金属鉄は正の二価です。リン酸塩は負の3価であり、リチウム電池の正極材料としてよく使用されます。リン酸鉄リチウム電池は、エネルギー貯蔵機器、電動工具、軽電気自動車、大型電気自動車、小型機器、モバイル電源に使用されています。その中で、新エネルギー電気自動車用のリン酸鉄リチウムは、リン酸鉄リチウム全体の約45％を占めています。

第二に、リチウム電池のカソード材料としてのリン酸鉄リチウム

他のリチウム電池の正極材料と比較して、かんらん石構造のリン酸鉄リチウムは、安全性、環境保護、低コスト、長いサイクル寿命、高温性能という利点があり、リチウムイオン電池の最も有望な正極材料の1つです。

高いセキュリティパフォーマンス

リン酸鉄リチウム結晶はPO結合が安定しており、分解しにくい。過充電で高温の場合、構造の崩壊や発熱、強い酸化物の形成がなく、過充電の安全性が高くなります。

長いサイクル寿命

鉛蓄電池のサイクル寿命は約300倍、耐用年数は1〜1。5年です。リン酸鉄リチウム電池のサイクル数は2000以上に達する可能性があり、理論上の耐用年数は7〜8年に達する可能性があります。

良好な温度性能

リン酸鉄リチウムのピーク温度は350°C〜500°Cに達する可能性がありますが、マンガン酸リチウムとコバルト酸リチウムは約200°Cにすぎません。

環境を守ること

リン酸鉄リチウム電池は、一般に重金属や希少金属を含まず、毒性がなく、汚染がなく、完全に環境に優しい電池であると考えられています。

正極材料としてのリン酸鉄リチウムの充放電のメカニズムは、他の従来の材料とは異なります。電気化学反応に関与する充電と放電は、リン酸鉄リチウムの二相です。充放電反応は次のとおりです。

充電反応：

放電反応：

充電すると、Li +はLiFePO4から分離され、Fe2 +は1つの電子を失ってFe3 +になります。排出されると、Li +はリン酸鉄に挿入されてLiFePO4になります。 Li +の変化は、LiFePO4 / FePO4の界面で発生するため、充放電曲線は非常に平坦で、電位は安定しており、電極材料に適しています。

第三に、リン酸鉄リチウムの調製

リン酸鉄リチウムを製造するための原料は豊富です。いくつかの一般的なリチウム源、鉄源、炭素源、およびリン源は次のとおりです。

リン酸鉄リチウム粉末の調製は、正極材料としての性能にある程度影響します。現在、リン酸鉄リチウムの調製には、高温固相反応法、炭素熱還元法、水熱法、スプレー熱分解法、ゾルゲル法、共沈法など多くの方法があります。スケールアップされていないようなものです。

高温固相反応

高温固相反応法は、リン酸鉄リチウムを調製するための最も成熟した広く使用されている方法です。鉄源、リチウム源、リン源を均一に混合し、化学量論比で乾燥させた後、不活性雰囲気下、低温（300〜350℃）で5〜10時間焼結し、原料を分解します。その後、高温で（かんらん石型リン酸鉄リチウムは、600〜800℃で10〜20時間焼結することにより得られます。

リン酸鉄リチウムの高温固相合成は、プロセスが簡単で、制御が簡単です。欠点は、結晶サイズが大きいこと、粒子サイズを制御することが難しいこと、分布が不均一であること、形態が不規則であること、および製品の倍率特性が悪いことです。

2.炭素熱還元法

炭素熱還元法は、原料混合時に還元剤として炭素源（でんぷん、ショ糖など）を添加する方法であり、通常、高温固相法と併用されます。炭素源は、高温焼成でFe3 +をFe2 +に還元することができ、それによって反応中のFe2 +を回避します。 Fe3 +に変えると、合成プロセスがより合理的になりますが、反応時間は比較的長く、条件の制御はより厳密になります。

3.スプレー熱分解

スプレー熱分解は、均一な粒子サイズと規則的な形状を有するリン酸鉄リチウム粉末を得るための効果的な手段です。前駆体をキャリアガスとともに450〜650℃で反応器に噴霧し、高温反応後にリン酸鉄リチウムを得る。スプレー熱分解によって調製された前駆体は、高い球形度と均一な粒子サイズ分布を持っています。高温反応後、球状のリン酸鉄リチウムが得られる。リン酸鉄リチウムの球状化は、材料の比表面積を増やし、材料の体積比エネルギーを増やすのに有益です。

4.水熱法

水熱法は液相合成法に属し、密閉圧力容器内で水を溶媒として使用し、原料とナノ前駆体により高温高圧条件下で化学反応を行います。洗浄・ろ過乾燥後、高温で焼成したものです。その後、リン酸鉄リチウムを得ることができます。リン酸鉄リチウムの水熱調製は、結晶形と粒子サイズの制御が容易で、相が均一で、粒子サイズが小さく、プロセスが簡単であるという利点がありますが、高温高圧装置、高コスト、複雑なプロセスが必要です。

上記の方法の他に、共沈法、ゾルゲル法、酸化還元法、乳化乾燥法、マイクロ波焼結法など様々な方法があります。

第四に、まとめ

リン酸鉄リチウムは多くの方法で調製されますが、高温固相反応の工業的応用を除いて、それらのほとんどは実験室での研究段階にあります。リン酸鉄リチウムの調製と改質に関する研究の深化に伴い、正極材料としてのリン酸鉄リチウムの工業化速度は加速し続けるでしょう。リン酸鉄リチウムカソード材料のリン酸鉄リチウムの最新の工業化について詳しくは、10月16〜17日に開催される2017年エネルギー粒状材料調製および試験技術シンポジウムにご登録ください。その際、中南大学のGuorong Hu教授が、リン酸鉄リチウムカソード材料であるリン酸リチウム鉄の工業化の進捗状況について報告します。

中央南大学冶金環境学部軽金属・産業電気化学研究所所長、文部省先端電池材料工学研究センター副所長、中国化学物理電力協会所長、中国リチウム電池協会所長、国際電源の編集者、リチウム電池通信編集委員会。

主に電気化学の理論と応用、エネルギー材料などの研究に従事し、リチウムイオン電池の正極材料の研究開発と工業化において優れた業績を上げています。彼は、国家開発改革委員会の主要な工業化プロジェクトの1つ、科学技術省の「863」プロジェクトの1つ、および1つを含む、20以上の国家、州、および大臣の研究プロジェクトを主宰し、参加してきました。国家科学技術支援計画プロジェクト、国家トーチプログラムおよび湖南省のいくつかの主要な科学技術プロジェクトの同社は、リチウムイオン電池の正極材料の工業化で目覚ましい成果を上げ、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウムの工業化に成功しました。

2017年エネルギー粒状材料の準備と試験技術に関するワークショップ

この会議は、国内外の学者や業界の専門家がエネルギー粒子材料の用途を研究し、業界の情報交換を強化し、リチウム電池、コンデンサ、燃料電池、電気自動車の電池技術の飛躍的進歩に貢献するための通信プラットフォームを提供することを目的としています。

主催者：中国粒子学会エネルギー粒状材料委員会、中国粉末ネットワーク

共催：ニュルンベルク展（上海）株式会社

主催：細川ミクロン（上海）パウダーマシナリー株式会社、丹東ベイトインスツルメント株式会社、江蘇美陽パウダー新設備製造株式会社

支援ユニット：Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering、Chinese Academy of Sciences、Institute of Process Engineering、Chinese Academy of Sciences、Tsinghua University、Institute of Physics、Chinese Academy of Sciences、Dalian Institute of Chemical Physics、Chinese Academy of Sciences、China電池産業協会、中国超コンデンサ産業同盟、東関義府機械技術有限公司、Shijiazhuang Rijia粉末機器技術株式会社、江蘇Gaozhunインテリジェント機器株式会社、Linyi郡追跡電気機械機器株式会社、Guangzhou Zhongzhuo Intelligent Equipment Co.、Ltd.、Shenzhen Boyi Chemical Machinery Co.、Ltd.、Malvern Instrument Co.、Ltd.、Xinxiang Haomai Machinery Equipment Co.、Ltd.、Jiangsu Qianjin Furnace Equipment Co.、Ltd。

会議のハイライト

ハイライト1：エネルギーペレットの政策解釈。

ハイライト2：粒子調製の観点から、リチウム電池、ナトリウム電池、スーパーキャパシタ、燃料電池などのコアエネルギー材料の長所と短所を調べます。

ハイライト3：新しいエネルギー粒子（グラフェン、カーボンナノチューブ、三元リチウム電池アノード、ナトリウムイオン電池電極、金属リチウムなど）技術と、エネルギー貯蔵および変換業界でのその応用を探ります。

ハイライト4：エネルギーペレット材料と業界リーダーの分野における最新の技術的成果の交換。

ハイライト5：展示会と会議、リチウム電池材料、スーパーキャパシタ製造装置、試験技術とアプリケーションのワンストップディスプレイ。

ハイライト6：プロジェクトのドッキング。多くの国内リチウム電池、リチウム電池材料メーカー、原材料、機器、機器調達コンサルティングの分野における新しいプロジェクトリーダー。

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