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(wěn)定性強(qiáng)、成本低、資源豐富和循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。近年來LFP技術(shù)實現(xiàn)突破性進(jìn)展，尤其是CTP技術(shù)及刀片電池技術(shù)使磷酸鐵鋰的體積能量密度進(jìn)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(shè)中。

那么，當(dāng)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(diǎn)總結(jié)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(yōu)缺點(diǎn)

在實際生產(chǎn)中，考慮到產(chǎn)品品質(zhì)、工藝流程長短、設(shè)備及能耗成本等方面，比較成熟的工藝路線根據(jù)生產(chǎn)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(yīng)用最廣的磷酸鐵鋰生產(chǎn)路線，代表企業(yè)為湖南裕能、龍蟠科技、湖北萬潤、安達(dá)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(jī)物如葡萄糖、蔗糖、淀粉等作為輔料，通過將前驅(qū)體磷酸鐵與有機(jī)物、炭黑均勻混合，利用碳源在高溫環(huán)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(qiáng)導(dǎo)電性的作用。

磷酸鐵工藝

這種方法主要分為磷酸鐵前驅(qū)體的制備和二次加工兩部分，磷酸鐵的品質(zhì)對產(chǎn)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(yīng)、PH值調(diào)節(jié)三個主要步驟。

磷酸鐵前驅(qū)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(xiàn)的一種制備方法，代表企業(yè)為江西升華（富臨精工）、豐元股份（草酸龍頭企業(yè)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(jī)亞鐵鹽，磷源常采用磷酸二氫銨、磷酸氫二銨。固相法設(shè)備簡單，操作容易，制備的材料性能穩(wěn)定，易用于規(guī)模生產(chǎn)，但是缺點(diǎn)是熱處理溫度高，合成周期較長，能耗大；物相不均勻，產(chǎn)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(jīng)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(dǎo)電性、鐵源無毒環(huán)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(yán)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(zhì)一般，產(chǎn)品多數(shù)應(yīng)用于中低端儲能市場，代表企業(yè)有重慶特瑞等。

4.液相法+硝酸鐵工藝（自熱蒸發(fā)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(jìn)行水熱反應(yīng)5小時，得到磷酸鐵鋰產(chǎn)物。其優(yōu)點(diǎn)是材料混合均勻，產(chǎn)品一致性好，循環(huán)次數(shù)高，質(zhì)量相對更佳；缺點(diǎn)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(jù)鋰的位置，使得制備的產(chǎn)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(chǎn)制備較復(fù)雜，成本較高，量產(chǎn)難度大，生產(chǎn)壁壘高。

常規(guī)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(yōu)點(diǎn)，但因其生產(chǎn)條件控制要求高、流程復(fù)雜、設(shè)備成本高等特點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)化難度比固相法要更大。

行業(yè)頭部企業(yè)德方納米自主研發(fā)的自熱蒸發(fā)液相合成法是液相法中的另一制備方法，這也是國內(nèi)獨(dú)樹一幟的采用液相法量產(chǎn)磷酸鐵鋰的企業(yè)。自熱蒸發(fā)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(chǎn)回收的稀硝酸進(jìn)行配置）生產(chǎn)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(fā)反應(yīng)，反應(yīng)放熱后快速蒸發(fā)水分而自動停止反應(yīng)，得到納米磷酸鐵鋰的前驅(qū)體，而后在燒結(jié)過程中加入碳源，進(jìn)行兩次的高溫分解，得到非連續(xù)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(yōu)勢：生產(chǎn)方面，顯著降低生產(chǎn)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?qū)崿F(xiàn)原子級混合，且燒結(jié)溫度低避免材料團(tuán)聚，產(chǎn)品的粒徑更小、分布更均勻，一致性和循環(huán)壽命突出。

自熱蒸發(fā)液相法與固相法工藝特點(diǎn)對比

總結(jié)

從工藝流程來看，固相法工藝簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，是當(dāng)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(dǎo)致產(chǎn)品一致性差等缺點(diǎn)；自熱蒸發(fā)液相法的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、產(chǎn)品性能優(yōu)、批次穩(wěn)定性好、生產(chǎn)成本低等，但是反應(yīng)過程條件要求高，生產(chǎn)設(shè)備較復(fù)雜，量產(chǎn)難度較大，技術(shù)門檻高。

從材料要求上看，固相法對原料品質(zhì)要求較高，前驅(qū)體的制備是整個工藝的關(guān)鍵，而液相法對于原材料沒有具體物質(zhì)的要求，只有純度要求，所以材料對于自熱蒸發(fā)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(yōu)勢，如何進(jìn)一步在后段改性及降成本上提升成為后續(xù)發(fā)展關(guān)鍵。目前磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)鏈逐漸邁向大宗化，更加考驗企業(yè)在供應(yīng)鏈管理和工藝創(chuàng)新降本方面的潛力，能夠在磷源/鐵源/鋰源上把握關(guān)鍵資源、掌握創(chuàng)新工藝路線的企業(yè)，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(jìn)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(qiáng)化研究進(jìn)展，張婷、林森、于建國（無機(jī)鹽工業(yè)）；

3.新能源汽車系列之八：持續(xù)創(chuàng)新構(gòu)建壁壘，鐵鋰開啟進(jìn)階之路（廣發(fā)證券）；

4.磷酸鐵鋰制備工藝介紹&磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝和產(chǎn)業(yè)鏈等網(wǎng)絡(luò)文章。

粉體圈小吉

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