【原创】磷酸铁锂生产技术路线与竞争力分析

中国粉体网讯  锂离子电池性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为正极材料推出时间较晚，但它具有安全性能高、循环寿命长、原材料来源广泛、价格便宜等一系列优势，受到行业内专家学者的格外关注，相关研究成果和产品迅速得到应用和推广。

自然界中的磷酸铁锂主要以磷酸铁锂矿的形式存在，具有橄榄石结构，属于正交晶系。其结构的稳定性使Li⁺在晶格中的任意脱嵌过程不会引起材料结构的明显变化 ，故LiFePO₄具有很好的循环性能，且在低倍率下实际容量可以接近理论容量（1C，170 mA·h/g）。除此之外，研究表明晶格中较强的P—O共价键作用力使磷酸铁锂正极材料具有较三元材料和钴酸锂更优异的热稳定性。

以Li⁺一维扩散通道为视角的磷酸铁锂晶体结构

磷酸铁锂在锂电池中的工作原理是：充电时，Li⁺从正极 LiFePO₄ 脱嵌出而形成贫锂相的Li_xFePO₄，最终生成FePO₄，脱出的Li⁺经过电解质溶液进入负极，同时电子从外电路由正极向负极移动，从而实现正负极的电荷平衡。放电时，Li⁺从负极脱嵌，经过电解质溶液嵌入FePO₄ 正极，形成富锂相Li_xFePO₄，从而形成 LiFePO₄。

图源：头豹研究院

目前磷酸铁锂正极材料主流制备工艺可分为固相法和液相法两大路线。

固相法将铁源、磷源、锂源通过机械研磨均匀后，再经过高温煅烧实现碳包覆，制备成磷酸铁锂；特点是操作简单、技术壁垒不高、成本较低，是大多数铁锂企业的选择。固相法主要有碳热还原法、高温固相法等。

根据选用铁源的不同，固相法又细分为草酸亚铁法、磷酸铁法、铁红法等。

高温固相法——草酸亚铁法

碳热还原法——磷酸铁法

碳热还原法---铁红法

液相法比固相法在制备过程中更容易实现反应物的均匀混合，合成的材料纯度高、产率高，易于控制材料的尺寸和形貌。液相法主要有水热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等。

固相法和液相法在工业生产中均有应用，各有优劣。总体来说，固相法工艺相对简单，技术成熟，可大规模生产，但存在技术壁垒较低、产品均一性较差、产物电化学性能偏低等缺点。液相法具有能耗低、产品性能优、批次稳定性好、生产成本低等优点，但液相法操作较复杂，存在生产设备昂贵以及高温，高压的设备安全问题，合成成本较高，具有工艺壁垒。

2023年8月，中国粉体网将在山城重庆举办“2023先进正极材料技术与产业高峰论坛暨第一届钠离子电池材料技术研讨会”。我们有幸邀请到中南大学的胡国荣教授为我们带来题为《磷酸铁锂生产技术路线与竞争力分析》的报告。

胡国荣，教授，博士生导师。中南大学冶金与环境学院轻金属及工业电化学研究所所长，先进电池材料教育部工程研究中心副主任，中国化学与物理电源协会理事，中国锂电池协会理事，国际电源商情编委，锂电池通讯编委。

主要从事电化学理论与应用、能源材料等方面的研究，在锂离子电池正极材料的研发和产业化工作发明方面取得了突出成果。迄今已发表科研论文200余篇，申请和授权发明专利20余项。曾主持和参加国家及省部级科研项目20余项, 包括国家发改委重大产业化专项一项，国家科技部“863” 项目一项，负责国家科技支撑计划项目一项，国家级火炬计划项目一项以及湖南省重点科技项目多项。在锂离子电池正极材料的产业化方面取得了突出成果，成功实现钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂的产业化。

参考来源：

1.张婷、林森等 磷酸铁锂正极材料的制备及性能强化研究进展

2.杨凯欣 磷酸铁锂正极材料制备研究进展

3.周文彩、李金洪等 磷酸铁锂制备工艺及研究进展

4.锂电那点事 磷酸铁锂生产工艺梳理

（中国粉体网编辑整理/乔木）

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