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分析磷酸鐵鋰材料的一致性問(wèn)題

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2018年12月13日  

人們經(jīng)常詬病LFP材料的一個(gè)最主要缺點(diǎn)就是批次穩(wěn)定性的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,筆者個(gè)人的觀點(diǎn)是一致性不好是絕對(duì)的,產(chǎn)品的一致性好才是相對(duì)的。對(duì)于LFP生產(chǎn)的一致性問(wèn)題,大多數(shù)人都是從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)考慮的。比如技術(shù)有沒(méi)有完全吃透,在小試到中試和中試到生產(chǎn)線建設(shè)過(guò)程缺乏系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)技術(shù)成果的“源頭”與生產(chǎn)商轉(zhuǎn)化過(guò)程的銜接出現(xiàn)問(wèn)題等。還有就是原材料狀態(tài)控制和生產(chǎn)工藝設(shè)備狀態(tài)控制問(wèn)題等,這些都是影響LFP生產(chǎn)一致性的原因。

這些原因當(dāng)然很重要,但筆者這里要說(shuō)的是,LFP生產(chǎn)一致性問(wèn)題有它化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)上的根本性原因。從材料制備角度而言,磷酸鐵鋰的合成反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng),有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽,外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。

反應(yīng)過(guò)程的熱力學(xué)模擬計(jì)算就表明,在這個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)過(guò)程中很難保證反應(yīng)微區(qū)的一致性,同時(shí)存在著+3價(jià)鐵還原不充分和被過(guò)度還原到鐵單質(zhì)的可能,其后果就是微量的+3價(jià)鐵和單質(zhì)鐵可能同時(shí)存在在LFP產(chǎn)物里。

單質(zhì)鐵會(huì)引起電池的微短路,是電池中最忌諱的物質(zhì),而+3價(jià)鐵同樣可以被電解液溶解而在負(fù)極被還原。其實(shí)我們經(jīng)常討論的LFP產(chǎn)品一致性差的根源就在這里,而這個(gè)熱力學(xué)上的因素是無(wú)法克服的。合成工藝路線的優(yōu)化和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化,是提高LFP材料批次穩(wěn)定性的基本手段。但筆者要強(qiáng)調(diào)的是,材料不同批次之間的差異只能通過(guò)工藝和設(shè)備的不斷改進(jìn)完善從而提高到LFP實(shí)際應(yīng)用可以接受的波動(dòng)范圍之內(nèi),而不可能做到絕對(duì)一致。

LFP中單質(zhì)鐵和氧化鐵雜質(zhì)含量的問(wèn)題,之前一直沒(méi)有引起人們的重視。最近幾年,隨著LFP動(dòng)力電池測(cè)試和實(shí)際使用數(shù)據(jù)的大量積累,人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了鐵雜質(zhì)的影響。鐵雜質(zhì)不僅影響電池的高溫循環(huán)性能和安全性,還直接關(guān)系到LFP動(dòng)力電池的自放電和靜態(tài)存儲(chǔ)性能,因此必須嚴(yán)格控制LFP成品中鐵雜質(zhì)含量。由于LFP容易被磁化產(chǎn)生弱磁性,如果直接從成品材料中用磁力棒除鐵并不現(xiàn)實(shí)。

筆者個(gè)人認(rèn)為,只有在生產(chǎn)過(guò)程中改進(jìn)工藝盡量減少鐵雜質(zhì)的引入才是有效途徑。這就需要企業(yè)吃透工藝流程,一方面嚴(yán)控生產(chǎn)環(huán)節(jié)杜絕外界鐵雜質(zhì)的引入,另一方面需要優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù),盡可能減少在燒結(jié)過(guò)程中還原不充分或者鐵被過(guò)度還原的可能性。

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