橄欖石磷酸鐵鋰LiFePO4(LFP)材料的主要優點是原料資源豐富、成本低、電池安全性和循環性能好,其主要缺點是電池比能量低。該材料不僅在電動自行車、電動大巴、電動公交車、特種車行業得到了廣泛應用,而且在大規模儲能行業得到了廣泛的應用。由于該材料中鋰離子沿一維通道傳輸,因此材料具有顯著的各向異性、對缺陷結構異常敏感,需要制備過程保障合成反應的高度均勻性和精確的Fe:P比例,才可能獲得較好的容量和倍率性能。基于材料結構和合成反應的復雜性,該材料的制備主要有兩個難題:一是過程需要還原氣氛,反應原料因種類、粒度不同而對還原氣氛具有不同的要求,局部還原性過高或者過低都會導致產品中存留雜質;二是材料需要進行表面碳包覆或者與其他類型的導電劑進行復合,這使得材料的雜質和壓實密度很難控制。2005年作者所在課題組提出利用控制結晶技術制備高性能磷酸鐵前驅體(FP),再與鋰源和碳源一起通過碳熱還原制備LFP[11]。上述工藝路線經過進一步的改進成為了目前主流的磷酸鐵鋰材料制備技術[23-29]。為了滿足人們對LFP電池性能的不斷追求,高均勻性、高批次穩定性成為LFP正極材料最受關注的產品指標,而傳統的固相燒結技術一方面在原理上就難以實現高效的一致性控制,另一方面一致性控制會導致工藝成本的顯著提高。與固相工藝相比,基于液相工藝制備的前驅體或者基于水熱/溶劑熱制備的正極材料,具有較好的結構可調性和可控性,同時批次穩定性及反應均勻性好。類似于大化工裝置,連續溶劑熱工藝容易實現超大規模生產。因此液相技術逐漸成為下一代高品質LFP正極材料制備技術的發展趨勢。
橄欖石磷酸錳鐵鋰LiMn0.8Fe0.2PO4(LMFP)材料是LFP材料的升級版,比能量比LFP高10%;由于Mn和Fe原料的反應動力學和對還原氣氛的要求存在差異,該材料的主要缺點是制備困難。目前基于固相法的產業制備工藝還不成熟,尚未得到大規模應用。如果LFP的液相制備技術獲得產業應用,則該類材料的制備難題有望迎刃而解。