循環(huán)利用磷化工副產(chǎn)物磷鐵制備能源材料
成果描述:擁有獨(dú)立的自主知識產(chǎn)權(quán),采用磷鐵在水溶液中電解制備高純度FePO4,以水中的氧為產(chǎn)物提供氧源,可以實(shí)現(xiàn)原位除雜,不受磷鐵的原料來源限制;采用價(jià)廉的磷鐵和空氣中的氧為原料,通過與鋰鹽和補(bǔ)充磷源或鐵源在可控氣氛下反應(yīng)制備粒度和碳含量可控的LiFePO4,避開了目前合成方法中的專利技術(shù)壁壘問題,不存在知識產(chǎn)權(quán)糾紛,將廢物循環(huán)利用與能源材料耦合起來,節(jié)能環(huán)保,從源頭上降低了磷酸鐵和磷酸鐵鋰的生產(chǎn)成本;所采用的原料均為大宗化工產(chǎn)品,磷鐵副產(chǎn)物中的雜質(zhì)可以通過反應(yīng)工藝控制進(jìn)行無害化處理,在原料的供應(yīng)和價(jià)格方面都非常穩(wěn)定;通過工藝控制和反應(yīng)原料的組合,可以將反應(yīng)產(chǎn)生的CO2等副產(chǎn)物循環(huán)利用,實(shí)現(xiàn)零排放的綠色清潔工藝;將添加劑與磷鐵和鋰源及補(bǔ)充的鐵源或磷源充分混合,添加劑在后續(xù)的反應(yīng)中既可以起保護(hù)作用,又能形成對磷酸鐵鋰顆粒的原位包覆及控制晶粒生長作用,能夠極大提高正極材料的導(dǎo)電性能;采用的工藝路線容易控制,工藝穩(wěn)定性好,容易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn);由于本技術(shù)路線使用比較低廉的磷化工副產(chǎn)物磷鐵和大宗化工產(chǎn)品,原料成本只是其他工藝原材料成本的1/3~2/3,非常具有市場競爭力;本項(xiàng)目前期采用全新工藝研制的磷酸鐵鋰材料克容量已達(dá)到或超過市售產(chǎn)品,1C放電容量達(dá)到120 mAh/g以上,而且成本和生產(chǎn)工藝有非常大的市場競爭優(yōu)勢。市場前景分析:本項(xiàng)目產(chǎn)品專門提供給各種電動車、電動工具、手機(jī)、筆記本電腦、藍(lán)牙器件、UPS不間斷電源、攝像機(jī)、播放器、游戲機(jī)、電動玩具、清潔器和極端氣候環(huán)境下的武器裝備等產(chǎn)品所需的鋰離子電池和超級電容器電極材料,特別在電動車領(lǐng)域具有非常大的市場前景,主要應(yīng)用領(lǐng)如圖3所示。作為電動車電源,磷酸亞鐵鋰動力電池具有熱穩(wěn)定性好、安全性高、壽命長、倍率性能好、耐高溫、綠色環(huán)保等特點(diǎn),備受關(guān)注。與以往的鋰離子電池正極材料LiCoO2、LiMn2O4、LiNiMO2等相比,磷酸亞鐵鋰的安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的,這些也正是動力電池最重要的技術(shù)指標(biāo),而且循環(huán)穩(wěn)定性好,1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒、不爆炸,穿刺不爆炸。在未來地幾年內(nèi),磷酸鐵鋰地市場需求量將達(dá)5萬噸以上,尤其是在動力型電池應(yīng)用方面對磷酸鐵鋰地需求將大幅增加。目前全球磷酸鐵鋰生產(chǎn)能力小于2000噸/年,投資磷酸鐵鋰項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)小,回報(bào)快。與同類成果相比的優(yōu)勢分析:FePO4基本參數(shù):純度≥97%,粒度≤1μm,而且根據(jù)需要可以進(jìn)行調(diào)控。LiFePO4基本參數(shù):Li =~4.4%, Fe=35.4%, P=19.6%, C=2~6%。物理參數(shù):松裝密度 ≥0.5g/cm3, 振實(shí)密度 ≥1.0g/cm3, 中位粒徑 ~4μm。涂片參數(shù):LiFePO4: C : PVDF=90:3:7,極片壓實(shí)密度:2.1-2.4 g/cm3。電化學(xué)性能:克容量>120mAh/g 測試條件:1C, 全電池。克容量>140mAh/g 測試條件:紐扣0.1C, 電壓4.2-2.5V。 國際先進(jìn),國內(nèi)領(lǐng)先。
四川大學(xué)
2021-04-10