海通国际:中国有色金属行业磷酸锰铁锂:新型磷酸盐锂电正极材料-220518

时间:2022年05月18日 作者:,
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摘要:密度比磷酸铁锂高出10%-20%,但缺点在于锰的引入使得材料的导电性能明显降低。同时更高的电压平台也意味着对电解液的要求更高,满足放电特性的电解液种类相对较少;相比三元NCM材料的层状结构,磷酸锰铁锂具有和磷酸铁锂相同的橄榄石型结构,在充放电过程中结构更加稳定,即便充电过程中锂离子全部嵌出。”

1. 1.磷酸锰铁锂材料的介绍。

2. 磷酸锰铁锂(LiMnxFe1-xPO4)是在磷酸铁锂(LiFePO4)上掺杂一定比例的锰而形成的新型磷酸盐类锂电正极材料。

3. 通过掺杂一方面使得铁和锰两种元素的优势特点能够有效结合,而另一方面锰和铁在元素周期表中位置相邻,具有相近的离子半径,故而掺杂不会明显影响原有的结构。

4. LiMnxFe1-xPO4中的x代表了锰与铁的比例,即锰的掺杂比。

5. 锰的掺杂比对磷酸锰铁锂的性质有着重要的影响。

6. 一方面,磷酸铁锂电压平台在3.4V左右,而在掺杂锰后电压平台可提升至3.8-4.1V,能够明显提高电压平台;而另一方面锰掺杂比例过高则会因John-Teller效应而使得材料的比容量降低、衰减快速,不适合用作锂离子电池正极原料。

7. 对于固态制备方法,在锰铁比为4:6左右时具有较为理想的能量密度。

8. 2.磷酸锰铁锂的制备方法。

9. 磷酸锰铁锂的制备方法分为固相法和液相法两大类。

10. 具体而言,固相法包括高温固相法、碳热还原法等。

11. 优点在于工艺过程简单成熟,制备成本较低,易于实现大规模工业化;缺点在于产品混合均匀性较差,品质较差。

12. 目前国内主要采用固态法生产磷酸锰铁锂的产商为江苏力泰锂能公司。

13. 液相法包括溶剂热法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。

14. 优点是对原料的包容性好、产品质量高;不足是过程控制难度大、工艺难度高,锰离子溶出的可能性高于固相法,若锰离子掺杂到了锂位会影响倍率性能和循环寿命。

15. 目前国内采用液态法生产磷酸锰铁锂的厂商为德方纳米。

16. 3.磷酸锰铁锂的性能特点对比。

17. 相比磷酸铁锂,锰高电压的特性使得磷酸锰铁锂具有更高的电压平台,这也导致了在比容量相同时其具有更高的能量密度,在相同条件下能量密度比磷酸铁锂高出10%-20%,但缺点在于锰的引入使得材料的导电性能明显降低。

18. 同时更高的电压平台也意味着对电解液的要求更高,满足放电特性的电解液种类相对较少;相比三元NCM材料的层状结构,磷酸锰铁锂具有和磷酸铁锂相同的橄榄石型结构,在充放电过程中结构更加稳定,即便充电过程中锂离子全部嵌出,也不会发生结构崩塌,故而安全性更好。

19. 缺点则在于相比高效的三元材料,磷酸锰铁锂的比容量以及能量密度仍然很低,导电性能方面则是差距更大。

20. 但磷酸锰铁锂在成本上具有明显优势。

21. 4.磷酸锰铁锂的应用展望。

22. 在该材料的发展上,一方面是在纯的LMFP基础上通过包覆、掺杂、纳米化来改进其导电性能;另一方面,将磷酸锰铁锂与三元523、LCO等材料来进行复合,可以进一步综合材料的优势,通过复合来实现短板互补,实现能量密度的提高,具有更全面、综合的电池性能,但同时相应的生产成本也会随之提高。

23. 5.风险提示。

24. 磷酸锰铁锂的进一步技术开发、相关产品生产能力的建设不及预期。

原标题:海通国际-中国有色金属行业磷酸锰铁锂:新型磷酸盐锂电正极材料-220518
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