铅锌峰会

【镍钴锂峰会】磷酸锰铁锂材料的开发与应用现状

来源:SMM

SMM 5月21日讯:在由上海有色网信息科技股份有限公司主办的“2021第六届中国国际镍钴锂高峰论坛”上,天津斯科兰德科技有限公司总经理李积刚阐述了当下磷酸锰铁锂材料的开发与应用现状。

磷酸锰铁锂材料概述

磷酸锰铁锂理论容量与磷酸铁锂相同,为170mAh/g,但是它相对于Li+/Li的电极电势为4.1V,远高于磷酸铁锂的3.4V,且位于有机电解液体系的稳定电化学窗口。4.1V的高电位使得磷酸锰铁锂具有潜在的高能量密度的优点,这是其相对于磷酸铁锂的最大优势。

而值得一提的是,在磷酸锰铁锂的实际容量发挥到与磷酸铁锂相同程度的情况下,其能量密度比磷酸铁锂提高15%,与电压相当的锰酸锂相比,其质量能量密度也可以提高25%以上。另外,磷酸锰铁锂原料成本低,环境友好,材料的市场前景广阔。

为解决磷酸锰铁锂的导电性问题,公司采用包覆碳同时结合体相铁掺杂以及锂位参杂来制备出具有较高电化学活性的磷酸锰铁锂材料。碳包覆在一方面抑制颗粒的长大,而减小锂离子的扩散距离,另一方面碳具有优良的导电性,有利于电子的传输,提高材料的电子电导率。锰位体相掺杂铁等离子,改善磷酸锰锂材料的导电性,从而获得更高的可逆容量、充放电效率和循环性能。锂位高价金属离子的掺杂,改善了锂离子的扩散通道,提高了锂离子在充放电过程中的扩散速率。

磷酸锰铁锂的物理性能:

磷酸锰铁锂成品为不规则的球状,大部分粒径在100-200nm;磷酸锰铁锂的碳包覆层比较均匀,包覆厚度在3-5nm;

电化学性能:

通过扣式电池测试以及高温循环55℃等测试可以发现,磷酸锰铁锂0.2C放电比容量为154.8mAh/g,容量同磷酸铁锂相近,而且磷酸锰铁锂具有优异的高温性能。此外,磷酸锰铁锂还拥有优异的热稳定性,同NCM复合后可以改善NCM的安全性能。

具体应用

LMFP单独使用,材料做成极片压实密度可到2.3-2.5g/cm3,0.2C放电比容量可到140mAh/g以上,0.2C放电中值电压可到3.75V,材料相对于磷酸铁锂具有较高的能量密度,相对于三元材料具有较优的安全性能。

以全电池容量测试为例:

 全电池14500测试,0.2C放电比容量为142.3 mAh/g,0.5C放电比容量140.4mAh/g,1C放电比容量137.8mAh/g,电化学性能同磷酸铁锂的性能接近。

LMFP复合20%三元523材料,压实密度可到2.5-2.8g/cm3,0.2C放电比容量可到150mAh/g,复合少量三元后材料放电曲线双平台可变为平滑曲线,两平台压降斜率减小,减轻对用电器的冲击,可使用现有三元电池管理系统,使磷酸锰铁锂大批量使用变为现实。

全电池测试压实密度为2.5-2.8g/cm3,0.2C放电比容量为150.3mAh/g,0.5C放电比容量147.4mAh/g,1C放电比容量144.7mAh/g,复合20%三元523后材料具有较高的能量密度。

LMFP复合80%三元523材料,压实密度可到3.2-3.4g/cm3,0.2C放电比容量可到166mAh/g,对三元材料的能量密度影响不大,但是三元材料加入少量LMFP不但提高了三元材料的安全性能,并且降低了三元电池体系的整体成本。

全电池性能测试:

全电池测试压实密度为3.33g/cm3,0.2C放电比容量为166.8mAh/g,0.5C放电比容量160.6mAh/g,1C放电比容量156.3mAh/g,三元材料复合少量磷酸锰铁锂仍具有很高的能量密度。

值得一提的是,在三元与磷酸锰铁锂复合材料电池做针刺测试,不燃烧、不爆炸、温度在70℃以下,安全性良好;而三元与磷酸锰铁锂复合材料电池做过充测试,不燃烧、不爆炸,最高温度在150℃以下,安全性良好。

SMM在线问答访问TA的主页

上海有色网新闻中心,在线回答您的提问!

SMM在线问答
微信二维码今日有色
微信二维码

微信扫一扫关注

下载app掌上有色
掌上有色

掌上有色下载

返回顶部返回顶部