磷酸铁锂制备方法：固相法PK液相法

中国粉体网讯  1997年，Padhi等研究得到了具有规则橄榄石型结构的LiFePO₄，其理论比容量高达170mAh/g，能保持3.6V左右的电压平台，充放电循环性能优良、价格低廉、高温性能优异、环境友好无污染，因此LiFePO₄被认为是非常理想的锂离子正极材料。

目前，磷酸铁锂生产技术通常可以分为固相合成法和液相合成法两种，其中液相法可分为水热/溶剂热法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。

固相合成法

固相合成法是目前应用最多、研究最为成熟的合成磷酸铁锂的方法，其中，碳热还原法又是应用较为广泛的。

固相合成法使用的铁源一般为草酸亚铁、氧化铁、磷酸铁等，锂源一般为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂等，磷源一般为磷酸-二氢铵、磷酸氢二铵等。将上述原材料按化学计量比混合均匀后，在保护气(N₂、Ar等)下，首先在较低温度下处理1-5h，使原材料预分解，然后再在高温下(550-750℃)处理5-20h，由于原材料种类较多，因此该反应方法的关键是原材料混合时必须均匀。

Sun等通过改变原材料制备工艺条件(烧结温度和烧结时间)制LiFePO₄/C材料，以7℃/min加热到700℃，烧结10h，得到性能优良的LiFePO₄/C复合材料，在0.1C下循环50次后容量可达到140.4mAh/g；Wang等以磷酸铁、碳酸锂和葡萄糖为原料，球磨均匀后以氮气为保护气氛，在650℃下煅烧9h后得到目标产物。

由以上实验我们不难看出固相合成法最大的优点是设备和工艺简单，制备条件容易控制，较为适合工业化生产。其缺点是原材料固相不均匀，化学反应产物颗粒较大，粒度分布范围宽，产品批次一致性较差，对产品导电性、安全性等产生不利影响。

液相合成法

主要有水热/溶剂热、溶胶凝胶法、共沉淀法等，在使初始原料在分子水平上的混合和获得的前驱体更均匀，比起固相合成法有无可争议的优势，但由于对生产条件控制的要求较高，其产业化相比固相合成法难度要大。

其中，水热/溶剂热法是较为普及的液相合成法，其相对较为快捷且易操作，以化学计量比1:1:3的FeSO₄、H₃PO₄和LiOH为原料，首先将FeSO₄溶液和H₃PO₄溶液混合，然后将LiOH溶液加入混合物中，在120℃条件下进行水热反应5h。此种方法在制备过程中，由于锂/铁的原子排布混乱，会使大概7%的铁原子占据锂的位置，使得制备出的产品中磷酸铁锂容量不够高。

S.Yang等对水热法合成LiFePO₄晶体进行了大量研究。他们发现pH值对实验结果的影响不大，而且水热法比高温固相法合成的晶体颗粒要小，Fe²⁺含量高。

液相合成法的优点是容易控制晶型和粒径，物相均一，粉体粒径小，过程简单。但其缺点也很明显：需要高温高压设备，设备造价高，工艺复杂。

综上所述，如果想制备高质量的磷酸铁锂还是需采用液相合成法，只是在实际生产过程中要想办法优化工艺，降低成本。磷酸铁锂龙头企业德方纳米就是采用的液相合成法——“自热蒸发液相合成纳米磷酸铁锂技术”。该技术综合了自热蒸发液相合成法、非连续石墨烯包覆等技术，在常温常压下，通过将原料锂源、铁源、磷源和辅料混合后即可自发反应，反应放热后快速蒸发水分而自动停止反应，得到纳米磷酸铁锂的前驱体，而后在烧结过程中加入碳源，进行两次的高温分解，得到非连续的石墨烯包覆磷酸铁锂颗粒。

参考来源：

德方纳米招股说明书

李春雷.磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究进展

封志芳.磷酸铁锂制备方法研究进展

（中国粉体网编辑整理/墨玉）

注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！