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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，可以實現(xiàn)原位除雜，不受磷鐵的原料來源限制；采用價廉的磷鐵和空氣中的氧為原料，通過與鋰鹽和補充磷源或鐵源在可控氣氛下反應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)可以通過反應工藝控制進行無害化處理，在原料的供應和價格方面都非常穩(wěn)定；通過工藝控制和反應原料的組合，可以將反應產(chǎn)生的CO2等副產(chǎn)物循環(huán)利用，實現(xiàn)零排放的綠色清潔工藝；將添加劑與磷鐵和鋰源及補充的鐵源或磷源充分混合，添加劑在后續(xù)的反應中既可以起保護作用，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電性能；采用的工藝路線容易控制，工藝穩(wěn)定性好，容易實現(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；本項目前期采用全新工藝研制的磷酸鐵鋰材料克容量已達到或超過市售產(chǎn)品，1C放電容量達到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：本項目產(chǎn)品專門提供給各種電動車、電動工具、手機、筆記本電腦、藍牙器件、UPS不間斷電源、攝像機、播放器、游戲機、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，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，而且循環(huán)穩(wěn)定性好，1C充放循環(huán)壽命達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5萬噸以上，尤其是在動力型電池應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，投資磷酸鐵鋰項目風險小，回報快。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，極片壓實密度：2.1-2.4 g/cm3。電化學性能：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，國內(nèi)領(lǐng)先。

四川大學 2021-04-10

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