在鋰離子電池正極材料中，磷酸鐵鋰(LFP)相較于其他電池正極材料，具有安全性高、穩定性強、成本低、資源豐富和循環壽命長等優點。近年來LFP技術實現突破性進展，尤其是CTP技術及刀片電池技術使磷酸鐵鋰的體積能量密度進一步提升，使其保持著繁榮的市場活力，新投資項目也在不斷落地建設中。

那么，當前的主流磷酸鐵鋰合成工藝有哪些呢？以下就由小編來為大家盤點總結一下吧。

目前常用的磷酸鐵鋰材料合成方法主要可分為固相法和液相法。固相法主要包括高溫固相法、碳熱還原法和微波熱法等；液相法主要包括水熱/溶劑熱法、溶膠凝膠法、共沉淀法、微乳液干燥法和噴霧熱解法。

磷酸鐵鋰制備方法優缺點

在實際生產中，考慮到產品品質、工藝流程長短、設備及能耗成本等方面，比較成熟的工藝路線根據生產工藝+鐵源可以大致分為固相法+磷酸鐵、固相法+草酸亞鐵、固相法+鐵紅、液相法+硝酸鐵這幾種路線。

固相法及液相法可用原材料

1.固相法+磷酸鐵工藝（碳熱還原法）

碳熱還原法（磷酸鐵工藝）是目前最成熟也是應用最廣的磷酸鐵鋰生產路線，代表企業為湖南裕能、龍蟠科技、湖北萬潤、安達科技等。

一般采用三價鐵作為鐵源，磷酸或磷酸一銨（磷酸二氫銨）等作為磷源，碳酸鋰等作為鋰源，炭黑作為碳源，有機物如葡萄糖、蔗糖、淀粉等作為輔料，通過將前驅體磷酸鐵與有機物、炭黑均勻混合，利用碳源在高溫環境下的還原性將三價鐵還原成二價鐵，同時使熱解的碳包覆在磷酸鐵鋰上起到增強導電性的作用。

磷酸鐵工藝

這種方法主要分為磷酸鐵前驅體的制備和二次加工兩部分，磷酸鐵的品質對產品影響較大。典型的磷酸鐵制備過程包括硫酸亞鐵制備、磷鐵反應、PH值調節三個主要步驟。

磷酸鐵前驅體制備工藝

2.固相法+草酸亞鐵工藝（高溫固相法）

高溫固相法是LiFePO₄合成中最早出現的一種制備方法，代表企業為江西升華（富臨精工）、豐元股份（草酸龍頭企業切入磷酸鐵鋰）。

高溫固相法所釆用的鋰源通常為碳酸鋰、氧氧化鋰或醋酸鋰，鐵源通常釆用草酸亞鐵、醋酸亞鐵等有機亞鐵鹽，磷源常采用磷酸二氫銨、磷酸氫二銨。固相法設備簡單，操作容易，制備的材料性能穩定，易用于規模生產，但是缺點是熱處理溫度高，合成周期較長，能耗大；物相不均勻，產物顆粒較大且無具體形貌，顆粒粒徑分布范圍寬等。

草酸亞鐵工藝

3. 固相法+鐵紅工藝（碳熱還原法）

鐵紅工藝是三氧化二鐵為鐵源，與磷酸二氫鋰(LiH₂PO₄)、碳源經濕法研磨混合，利用碳熱還原法制備磷酸鐵鋰正極材料。磷酸二氫鋰由碳酸鋰和磷酸一銨制得，因此鐵紅工藝的磷源為磷酸一銨。

鐵紅工藝

這種工藝相對小眾，相比其他工藝更安全原料價格低，能改善材料的導電性、鐵源無毒環保成本更低；有較好的低溫和倍率性能，但電池級的鐵紅要嚴格控制純度和粒度分布，對鐵源鐵紅的要求較高。因大多原料品質一般，產品多數應用于中低端儲能市場，代表企業有重慶特瑞等。

4.液相法+硝酸鐵工藝（自熱蒸發液相法）

液相法的主流為水熱合成法，制備過程以水作為溶劑，同時在真空或惰性氣體下將氫氧化鋰、硫酸亞鐵、磷酸按照一定的摩爾比例混合，同時在120℃的條件下進行水熱反應5小時，得到磷酸鐵鋰產物。其優點是材料混合均勻，產品一致性好，循環次數高，質量相對更佳；缺點是水熱法下由于鋰、鐵原子的混亂排布，會使得大概7%的鐵原子占據鋰的位置，使得制備的產品克容量不夠高，同時水熱法對高溫高壓的控制條件要求高，生產制備較復雜，成本較高，量產難度大，生產壁壘高。

常規液相法

液相法具有晶型及粒徑易于控制、物相均勻、工藝簡單等優點，但因其生產條件控制要求高、流程復雜、設備成本高等特點，產業化難度比固相法要更大。

行業頭部企業德方納米自主研發的自熱蒸發液相合成法是液相法中的另一制備方法，這也是國內獨樹一幟的采用液相法量產磷酸鐵鋰的企業。自熱蒸發液相法所需要的鋰源為碳酸鋰，鐵源為硝酸鐵、鐵塊與硝酸（外購濃硝酸和生產回收的稀硝酸進行配置）生產硝酸鐵，磷源為磷酸二氫銨。將原料鋰源、鐵源、磷源和輔料混合后即可自發反應，反應放熱后快速蒸發水分而自動停止反應，得到納米磷酸鐵鋰的前驅體，而后在燒結過程中加入碳源，進行兩次的高溫分解，得到非連續的石墨烯包覆磷酸鐵鋰顆粒。

硝酸鐵工藝

這種工藝有如下優勢：生產方面，顯著降低生產能耗，同時液相法使得各原料混合均勻，對于對低品位原材料兼容性高，可降低原材料成本；性能方面，液相法能夠實現原子級混合，且燒結溫度低避免材料團聚，產品的粒徑更小、分布更均勻，一致性和循環壽命突出。

自熱蒸發液相法與固相法工藝特點對比

總結

從工藝流程來看，固相法工藝簡單，適合大規模生產，是當前最成熟最主流的路線，競爭激烈，不過還存在物料之間混合不均勻，粒徑分布范圍廣，導致產品一致性差等缺點；自熱蒸發液相法的優點是能耗低、產品性能優、批次穩定性好、生產成本低等，但是反應過程條件要求高，生產設備較復雜，量產難度較大，技術門檻高。

從材料要求上看，固相法對原料品質要求較高，前驅體的制備是整個工藝的關鍵，而液相法對于原材料沒有具體物質的要求，只有純度要求，所以材料對于自熱蒸發液相法影響要小于碳熱還原法。

兩種最主流的工藝路線均具有其性能和成本的綜合優勢，如何進一步在后段改性及降成本上提升成為后續發展關鍵。目前磷酸鐵鋰產業鏈逐漸邁向大宗化，更加考驗企業在供應鏈管理和工藝創新降本方面的潛力，能夠在磷源/鐵源/鋰源上把握關鍵資源、掌握創新工藝路線的企業，將擁有長期競爭力。

參考來源：

1.磷酸鐵鋰制備工藝及研究進展，周文彩、李金洪、姜曉謙（硅酸鹽通報）；

2.磷酸鐵鋰正極材料的制備及性能強化研究進展，張婷、林森、于建國（無機鹽工業）；

3.新能源汽車系列之八：持續創新構建壁壘，鐵鋰開啟進階之路（廣發證券）；

4.磷酸鐵鋰制備工藝介紹&磷酸鐵鋰生產工藝和產業鏈等網絡文章。

粉體圈小吉

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