鋰離子電池用磷酸鐵鋰正極材料（簡體書）

雖然磷酸鐵鋰行業在迅速發展，但到目前還沒有系統地介紹磷酸鐵鋰材料生產、檢驗以及在電池製造工藝中應用的書籍。《鋰離子電池用磷酸鐵鋰正極材料》詳細介紹了磷酸鐵鋰正極材料的發展歷史、理論基礎、製造和檢驗方法和應用技術，並對其幾年後的發展狀況進行了展望。

2005年春，作者所在的課題組開始接觸磷酸鐵鋰材料。當時，磷酸鐵鋰電池極高的安全性能引起了我們極大的興趣。這些年來，課題組在這一領域進行了一些探索性的工作，對磷酸鐵鋰材料的基礎性能研究、生產工藝和測試評價技術都有所涉獵，其中的一些心得體會，願與大家分享。
客觀地說，我國磷酸鐵鋰產業的發展速度是很快的。山東海霸公司於2005年就開始研發和製造磷酸鐵鋰電池。同年，天津力神電池公司也開始代工生產18650型磷酸鐵鋰電池。 2006年，天津斯特蘭成為國內第一家可以大批量提供磷酸鐵鋰材料的廠家。近年來，磷酸鐵鋰材料、電池的產業化進程明顯加速。據統計，2012年僅中國就有不少於200家公司投入了磷酸鐵鋰材料的生產，而A123、Valence、德國南方化學、Phostech、韓國韓華等國外公司也正在努力進入中國市場，目前中國磷酸鐵鋰電池的產能是世界上最大的。 2012年6月的深圳CIBF會議上，有近60家磷酸鐵鋰材料生產廠家參展，創造了世界範圍內同一場展會上磷酸鐵鋰材料生產廠家參會最多的紀錄。
磷酸鐵鋰行業的發展，在我國帶動了一大批相關的產業群，包括原料（鐵鹽、磷酸鹽、鋰鹽等）供應廠家、正極材料生產廠家、電池加工企業、電池的後續應用企業和產業群（如儲能電池電站、電動公交車等）。目前，磷酸鐵鋰行業已經成為我國新能源產業的重要領域之一。據統計，2011年磷酸鐵鋰材料的銷售量達到3000t左右，帶動電池產值超過40億元。
雖然磷酸鐵鋰行業正迅速發展，但目前還沒有專門、系統介紹磷酸鐵鋰材料生產、檢驗及其在鋰離子電池中應用的書籍。本書旨在填補這方面的空白，為從事磷酸鐵鋰材料生產和相關行業的科研人員及技術人員提供盡可能有用的資料，以促進我國磷酸鐵鋰行業的發展和騰飛。
本書是在總結作者課題組多年來從事的科學研究和產業化推廣工作的基礎上編寫而成的。其中，除第9章由宗繼月編寫外，其餘各章由梁廣川編寫，並由梁廣川統一審稿、定稿。感謝崔旭軒、紀繼坤、杜春花、朱志強、田軼靜、張敬捧、崔軍燕等為本書查詢並提供r部分資料；同時感謝課題組歷屆研究生所做的卓有成效的研究和探索工作，以及課題組歐秀芹和王麗老師提供的部分資料。
感謝海特電子集團對本書出版的資助和大力支持。
本書從2010年即開始醞釀初稿，一直在補充和完善。由於磷酸鐵鋰行業還是一個新興的行業，很多資訊只能從網絡上獲得，加之作者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請國內外同行批評指正。

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 電池發展歷史 1
1.2 鋰離子電池簡介 4
1.2.1 鋰離子電池工作原理 4
1.2.2 鋰離子電池分類 5
1.2.3 鋰離子電池應用領域 6
1.3 鋰離子電池特點 7
1.3.1 鋰離子電池材料的容量和電動勢 7
1.3.2 鋰離子電池的性能特點 9
1.4 鋰離子電池中的主要材料 9
1.4.1 鋰離子電池正極材料 10
1.4.2 鋰離子電池負極材料 11
1.4.3 鋰離子電池其他材料 16
1.5 本書的寫作背景 21
1.6 本書的主要內容 23
參考文獻 24
第2章 磷酸鐵鋰材料研究與發展歷程 25
2.1 磷酸鐵鋰材料發展歷程 25
2.1.1 磷酸鐵鋰材料簡介 25
2.1.2 磷酸鐵鋰材料和電池的應用 26
2.1.3 磷酸鐵鋰上下游產業的發展 29
2.1.4 磷酸鐵鋰材料的改進 30
2.1.5 A123公司發展歷程 31
2.2 磷酸鐵鋰的專利情況 34
2.2.1 美國和加拿大專利情況 34
2.2.2 歐洲專利情況 37
2.2.3 國內專利情況 38
2.3 磷酸鐵鋰村料的結構和性能研究 41
2.3.1 磷酸鐵鋰材料的晶體結構 41
2.3.2 磷酸鐵鋰材料的碳包覆和摻雜效應 45
2.4 磷酸鐵鋰材料的電化學反應模型 46
參考文獻 48
第3章 磷酸鐵鋰材料製造所用生產設備 50
3.1 生產設備要求 50
3.2 混料設備 51
3.3 乾燥設備 55
3.4 燒結設備 58
3.5 粉碎設備 61
3.6 篩分設備 66
3.7 制氮機 68
3.8 包裝設備 69
參考文獻 70
第4章 草酸亞鐵法製備磷酸鐵鋰材料 72
4.1 合成原理 72
4.2 主要合成原料 73
4.3 合成工藝 79
4.3.1 合成工藝特點 79
4.3.2 合成過程分析 80
4.4 合成材料的性能 85
4.4.1 扣式電池性能 85
4.4.2 材料的理化性能 86
4.4.3 電池性能 87
參考文獻 91
第5章 碳熱還原法製備磷酸鐵鋰材料 93
5.1 合成原理 93
5.2 主要合成原料 95
5.3 合成丁藝 99
5.3.1 合成工藝特點 99
5.3.2 合成過程分析 100
5.4 合成材料的性能 106
5.4.1 扣式電池性鈍 106
5.4.2 材料的理化性能 108
5.4.3 電池性能 109
參考文獻 115
第6章 水熱法製備磷酸鐵鋰材料 116
6.1 合成原理 117
6.2 主要合成原料 118
6.3 合成工藝 121
6.3.1 合成工藝特點與研究近況 121
6.3.2 合成過程分析 124
6.4 合成材料的性能 127
6.4.1 扣式電池性能 127
6.4.2 材料的理化性能 130
6.4.3 電池性能 131
參考文獻 134
第7章 磷酸鐵鋰材料的常規檢驗分析方法 136
7.1 磷酸鐵鋰材料化學成分分析檢驗方法 136
7.1.1 磷酸鐵鋰材料鋰元素分析方法 136
7.1.2 磷酸鐵鋰材料鐵元素檢驗方法 137
7.1.3 磷酸鐵鋰材料碳含量檢驗方法 138
7.1.4 磷酸鐵鋰材料磷元素分析方法 138
7.1.5 磷酸鐵鋰材料pH測試方法 139
7.1.6 磷酸鐵鋰材料水分測試方法 139
7.1.7 磷酸鐵鋰材料雜質元素檢驗方法 140
7.2 磷酸鐵鋰材料物理性能測試方法 142
7.2.1 磷酸鐵鋰材料振實密度檢測方法 142
7.2.2 磷酸鐵鋰材料粒度分析與檢驗方法 143
7.2.3 磷酸鐵鋰材料比表面積檢測原理與方法 145
7.2.4 磷酸鐵鋰材料電導率檢驗方法 146
7.3 磷酸鐵鋰材料電化學性能測試方法 148
7.3.1 實驗室磷酸鐵鋰扣式電池製造方法 148
7.3.2 磷酸鐵鋰材料放電容量和首次充放電效率測試 149
7.3.3 磷酸鐵鋰材料循環性能 151
7.3.4 磷酸鐵鋰材料電化學性能判斷指標 152
7.4 磷酸鐵鋰材料實際應用評價 154
7.4.1 磷酸鐵鋰材料製漿性能 154
7.4.2 磷酸鐵鋰材料漿料穩定評價方法 155
7.4.3 磷酸鐵鋰材料塗佈加工性能 155
7.4.4 磷酸鐵鋰材料壓實加工性能 156
7.4.5 磷酸鐵鋰材料實際容量發揮 157
7.4.6 磷酸鐵鋰材料倍率性能 157
7.4.7 磷酸鐵鋰材料白放電性能 158
7.4.8 磷酸鐵鋰材料低溫放電性能 159
7.4.9 磷酸鐵鋰材料高溫儲存性能 160
7.4.1 0 磷酸鐵鋰材料在電池內穩定性能 161
參考文獻 163
第8章 磷酸鐵鋰材料其他特徵性能分析 164
8.1 磷酸鐵鋰材料的電化學性能分析 164
8.1.1 磷酸鐵鋰材料的循環伏安法測量 164
8.1.2 磷酸鐵鋰材料的交流阻抗譜測量 167
8.2 磷酸鐵鋰材料的電子顯微鏡微觀形貌分析 172
8.2.1 磷酸鐵鋰材料的掃描電子顯微鏡微觀形貌分析 172
8.2.2 磷酸鐵鋰材料的透射電子顯微鏡微觀形貌分析 174
8.3 磷酸鐵鋰材料的表面能 176
8.3.1 表面能測試原理 176
8.3.2 表面能測試數據分析 177
8.4 磷酸鐵鋰材料的鐵溶解性測量 179
8.4.1 磷酸鐵鋰材料在常溫水中的溶解性 179
8.4.2 磷酸鐵鋰材料在高溫水中的溶解性 180
8.4.3 磷酸鐵鋰材料在高溫電解液中的溶解性 181
8.5 磷酸鐵鋰材料的譜學特徵 182
8.5.1 磷酸鐵鋰材料的紅外光譜測量 182
8.5.2 磷酸鐵鋰材料的拉曼光譜分析 184
8.5.3 伏安極譜法測量不同價態鐵含量 187
參考文獻 188
第9章 磷酸鐵鋰材料製造電池技術 189
9.1 磷酸鐵鋰電池體系設計規範 189
9.1.1 鋼（鋁）殼捲繞式鋰離子電池設計規範 191
9.1.2 方形軟包捲繞式鋰離子電池設計規範 193
9.1.3 捲繞式聚合物鋰離子電池設計規範 196
9.1.4 疊片式聚合物鋰離子電池設計規範 200
9.2 磷酸鐵鋰材料漿料製備技術 204
9.2.1 物料烘烤 204
9.2.2 打膠 205
9.2.3 加入導電劑和磷酸鐵鋰 206
9.2.4 黏度調節 206
9.2.5 漿料消泡 207
9.2.6 漿料過濾 207
9.3 磷酸鐵鋰漿料的塗佈 207
9.4 磷酸鐵鋰極片的輥壓 209
9.5 化成與分容 211
9.6 後續舉例 212
9.6.1 方形疊片式電池製造工藝 212
9.6.2 圓柱捲繞式18650電池製造工藝 213
參考文獻 217
第10章 磷酸鐵鋰電池的主要應用領域 218
10.1 磷酸鐵鋰電池在電動交通工具方面的應用 219
10.1.1 我國對新能源汽車的政策 219
10.1.2 我國主要汽車廠家的發展規劃 221
10.1.3 電動車輛用動力電源 224
10.1.4 啟動電源 232
10.1.5 電動自行車 234
10.2 磷酸鐵鋰電池在儲能電源領域的應用 235
10.2.1 磷酸鐵鋰儲能電站經濟性分析 236
10.2.2 風光發電系統儲能 239
10.2.3 移動基站系統 243
10.3 磷酸鐵鋰電池在電動工具方面的應用 246
10.4 磷酸鐵鋰電池在其他方面的應用 247
參考文獻 249
第11章 鋰離子電池其他正極材料展望 252
11.1 磷酸釩鋰正極材料 252
11.1.1 磷酸釩鋰材料的結構 252
11.1.2 磷酸釩鋰材料的電化學性能 253
11.1.3 磷酸釩鋰材料的製備方法 254
11.1.4 磷酸釩鋰材料的改性研究 257
11.1.5 我國發展磷酸釩鋰正極材料的意義 259
11.2 磷酸錳鋰正極材料 260
11.2.1 磷酸錳鋰材料的結構 261
11.2.2 磷酸錳鋰材料的性能研究 262
11.2.3 磷酸錳鋰材料的製備方法 263
11.2.4 磷酸錳鋰材料的改性研究 268
11.3 矽酸鐵鋰正極材料 270
11.3.1 矽酸鐵鋰材料的結構和基本性能 270
11.3.2 矽酸鐵鋰材料的合成 272
11.3.3 矽酸鐵鋰材料的改性研究 273
11.4 硼酸鐵鋰正極材料 276
11.5 富鋰層狀正極材料 278
11.5.1 富鋰層狀材料的基本性能 278
11.5.2 富鋰層狀材料的合成方法 281
11.5.3 富鋰層狀材料的改性研究 281
11.5.4 富鋰層狀材料的發展前景 284
11.6 正極材料後續展望 284
參考文獻 285