正極材料, 、4つの主要材料の1つ リチウム電池 (cathode, anode, separator, and electrolyte), are crucial components of lithium batteries. They also account for a large portion of the battery’s cost. The cost of cathode materials largely determines the price of the battery. Among lithium battery cathode materials, mainstream materials include lithium cobalt oxide (LCO), lithium iron phosphate (LFP), lithium manganese iron phosphate (LMFP), nickel cobalt manganese lithium oxide (NCM), and lithium manganese oxide (LMO), among others. Their production processes differ slightly, but the fundamental principles are similar. The precursor materials are mixed with lithium carbonate or lithium hydroxide and then heated at high temperatures to obtain the product.
リン酸鉄リチウムの製造プロセスは、主に固相法と液相法の2つの方法に分けられます。固相法には、リン酸鉄法、鉄法、鉄赤法、シュウ酸鉄法など、様々な方法があり、それぞれに長所と短所があります。液相法は、主にデファンナノが開発した自己蒸発液相法に代表されますが、技術的障壁が高いため、本稿では主流のリン酸鉄法を例に説明します。.
混合と粉砕
The reaction materials are ground and fully mixed to ensure that the reaction proceeds effectively during the subsequent sintering process. The equipment used in this step is a sand mill. The main raw materials, including iron phosphate, lithium carbonate, carbon source (such as glucose, sucrose, polyethylene glycol, etc.), dispersing agent, and additives, are added to the mixing equipment in precise stoichiometric proportions. Pure water or ethanol is used for pre-dispersion, followed by grinding in a sand mill. This process continues until the desired particle size (usually under 500nm) is achieved.
The iron phosphate and lithium carbonate are the main reactants. The carbon source plays an important role in forming a carbon coating on the lithium iron phosphate surface during high-temperature sintering. This improves its conductivity and prevents the formation of Fe³⁺. The dispersing agent enhances the dispersion and solid content of the slurry. Some high-molecular materials also form a carbon coating after sintering to improve the material’s performance.
導電性グラファイト、カーボンナノチューブ、金属酸化物などの添加剤は、最終製品の導電性、高温/低温性能、およびサイクル安定性を向上させます。.
スプレー乾燥
この工程では、粉砕工程で得られた混合スラリー中の溶媒を除去します。これにより、スラリーは後続の焼結工程のための乾燥粉末に変換されます。使用される装置はスプレードライヤーです。.
スラリーは遠心ノズルによって小さな液滴に噴霧されます。これらの液滴は加熱空気と接触します。これにより溶媒が蒸発し、固体の粉末粒子が残ります。これらの粒子はサイクロンセパレーターによって捕集されます。スプレードライプロセスにより、スラリーは焼結に適した乾燥粉末へと変化します。.
焼結
粉末混合物は窒素雰囲気下で高温反応を起こし、これがプロセスの重要なステップとなります。焼結プロセスの温度と時間は、最終製品の性能に直接影響します。使用される装置は通常、長さが数メートルにも及ぶローラー窯です。.
主な反応は次のとおりです。
FePO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → LiFePO₄/C + H₂O + CO₂
噴霧乾燥粉末をるつぼに入れ、窒素雰囲気下で炉内において700～800℃の温度で数時間（通常10～20時間）加熱する。冷却後、製品が得られる。焼結前は粉末は淡黄色であるが、焼結後は黒色粉末となる。.
超微粉砕 鉄の除去
焼結後、リン酸鉄リチウム製品は、所望の粒径を得るためにさらに粉砕する必要があります。製造工程中に鉄不純物が混入する可能性があるため、これらの不純物を除去する必要があります。.
これは、次のような機器を使用することで行うことができます。 ジェットミル (air jet mill) equipped with an iron-removal device. Jet mills can effectively reduce the particle size while simultaneously separating impurities. This ensures that the final lithium iron phosphate product has a high purity. After the iron removal, the product is packaged for shipment.
結論
リン酸鉄リチウムは、リチウム電池の主要な正極材料です。低コスト、高い安全性、そして長いサイクル寿命から好まれ、市場で圧倒的なシェアを占めています。リン酸鉄リチウムの主な製造方法は、リン酸鉄法です。このプロセスは比較的単純ですが、最終製品の品質はリン酸鉄前駆体の品質に大きく左右されます。.
シュウ酸鉄法などの他の方法も徐々に市場シェアを拡大しており、これらの方法ではより高いタップ密度を持つ材料を生産できます。.
Epic Powder, a leading manufacturer of jet mills, provides advanced, efficient powder processing solutions for the lithium battery industry. Its state-of-the-art jet mill equipment excels in both particle size reduction and iron impurity removal. By utilizing Epic Powder’s jet mills, producers can ensure the highest quality lithium iron phosphate, enhancing the overall performance and longevity of lithium-ion batteries. As technology continues to advance, jet mills will play an increasingly important role in improving the efficiency and sustainability of lithium battery material production.
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— 投稿者 エミリー・チェン