锂电工程人随便聊一聊的行业知识-磷酸铁锂
这几年自称锂电行业从业者，但作为工程管理者，关注点很少落在基础原理上。
如锂电工程要求避免引入“铜铁锌”，几乎是行业内众所周知的原则，但金属杂质的影响机理是怎样，滑悉铜铁锌到底哪一个危害更大，很多人一时答不上。
我想用几篇文章，将我遇到的疑问解答一番，说不定偶有几点能解工程同行的惑。
此为第一篇。
现在我正在一家大型的磷酸铁锂正极材料厂施工，就从磷酸铁锂说起吧。
三元锂电池和磷酸铁锂电池，是目前电动汽车最常用的两种锂离子动力电池，占所有装机量的95%以上。前者能量密度高，续航能力强；后者安全性好，成本低。
磷酸铁锂（LiFePO4）的准确化学名称应是磷酸亚铁锂，因为铁的化合价一般是+2价和+3价。+2价是亚铁离子，+3价是铁离子。LiFePO4里的铁显+2价，所以应念磷困冲酸亚铁锂，一般称磷酸铁锂。
下次如果你想装一下，可以这样开场“我们这条磷酸亚铁锂生产线......”
最近几年的趋势是三元电池市场份额一路攀升，磷酸铁锂则相应下滑，不过短短数月，行业变天，舆论大呼，三元锂电或被判死刑？
我梳理了下几个关键节点，看看都有哪些重量级的公司或机构在给磷酸铁锂抬轿子。
特斯拉： 2月19日，特斯拉宣布自主研发不含钴的电池，以大家对特斯拉的超高期待，不免都激动的猜测，到底是什么黑科技，结果人家说的就是磷酸铁锂。据悉，23万起售的磷酸铁锂版本的Model 3年内上市，你要不要来一辆。 磷酸铁锂行情就此引燃。
比亚迪： 3月29日，比亚迪发布“刀片电池”，本质依然还是磷酸铁锂，只是用CTP（Cell to PACK，是电芯直接集成为电池包，从而省去了中间模组环节）的思路提高了成组效率，变相提升了成组后的能量密度。这件事的意义可比为全世界人民缝口罩来得大， 之前还没有谁这么讨巧的一揽子解决电动车的续航、成本、安全性问题。
工信部： 5月12日，工业信息化部发布了三项强制性国家标准，每个都强制规定电动车的电池热失控后，5分钟内不能起火、不能爆炸，为乘员预留安全逃生时间。2021年1月1日起开始实施。 磷酸铁信尺乎锂高呼：皇上英明，三元电池只能委屈巴巴：臣妾做不到啊。
太阳能能量密度低，晒在身上顶多出汗，核能的能量密度高，一小块爆炸就天崩地裂，这种能量密度的对比，我们有生活经验，感觉得到。
但磷酸铁锂凭什么比三元材料能量密度低呢，如果还是凭生活经验， 我们难免会这么觉得，上帝是公平的，磷酸铁锂更便宜，一分钱一分货吧。
有一种说法是，磷酸铁锂的晶体结构是稳定的橄榄石结构，但是成也结构败也结构，这也会让充放电过程中锂离子不好移动（可以理解为房间里塞满了奇形怪状的石头，锂离子在里面进出碍手碍脚），最直观的表现就是，电池容量低。但这种定性的判断还是不能让我满意。
我试着从质量能量密度的公式入手，推导下看看谁起决定作用。
能量密度 是指单位质量或单位体积的电池所给出的能量，也称为比能量。
这里我们用单位质量的能量密度，即质量能量密度的计算公式。
其中，电池平均工作电压，两者差不太多，磷酸铁锂是3.4V，三元是3.6V，简单起见，假设相同。 质量能量密度与质量比容量近似成正比。
理论质量比容量 ，是假定单位质量的材料中锂离子全部参与电化学反应所能够提供的容量。
其中，电极反应时的得失电子数，两者为1。于是理论质量比容量与材料的摩尔质量成反比。 近似的，质量能量密度与材料的摩尔质量成反比。
摩尔质量指1mol微粒的质量，在数值上等于该物质的相对分子质量。对一种确定了分子式的物质，摩尔质量是个定值。
磷酸铁锂的摩尔质量是157.76g/mol，计算出理论质量比容量是170mA.h/g。三元材料的摩尔质量根据镍钴锰三种元素的比例不同稍有不同，如NCM(1:1:1)(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)摩尔质量为96.461g/mol，计算出理论质量比容量是278mA.h/g。
材料的分子式确定了能量密度的理论上限。磷酸铁锂的摩尔质量大于三元材料这一无法改变的化学特性，决定了磷酸铁锂的能量密度永远不能超过三元材料。
刀片结构说到底是一种结构创新，是前文提到的CTP（Cell to PACK）技术的一种。
这里再详细解释下，一般电动汽车上搭载的电池包，由电芯（Cell）组装成为模组（Module），再把模组安装电池包（Pack）里，形成了“电芯-模组-电池包”的三级装配模式。而CTP是电芯直接集成为电池包，从而省去了中间模组环节。
有行业专家用一个形象的比喻进行了解释： 把皮鞋放进鞋盒，鞋盒放入鞋柜，皮鞋就相当于电池，鞋盒是模组，鞋柜则是电池包。鞋盒存在的目的是为了让鞋柜中的鞋可以井然有序地存放。无模组技术（如刀片结构）就是把“鞋盒”拿掉，依然让“鞋子”整齐地排列在“鞋柜”中。
于是我们自然会提出一个问题，刀片结构可以用到其他电池材料上吗？
答案是肯定的。刀片电池的结构创新不仅对铁锂材料适用，扩展到其他材料上也同样有效，因此理论上也可以有三元刀片。只是因为本身三元锂材料的安全性就比不上磷酸铁锂材料，尤其是大电芯无模组下的能量起伏会比现在的小电芯要更大，一旦失效会产生更为严重的后果。
只要能系统的解决安全性问题，三元刀片和其他类型材料的刀片也有广阔的应用空间，可以让老司机们有更大的选择空间，比如1000公里续航的SUV。
我觉得不会。
就像前几年，三元只是势头盛，但从没有机会将铁锂逼上绝路。这次反过来也会是一样。
首先，大家各有各的应用场景，再不济，3C数码和电动工具还是首选三元材料的。
其次，技术是个动态进步的过程。解决安全性问题大家都没停下脚步。
说到底，两者是东边不亮西边亮，还远没到东风压倒西风的局面。对于企业来说，两条腿走路比一条腿走路强。
朱科
2020年6月2日
高一新生 速求寒假社会实践报告 要求 符合现实的 一定要800字以上啊!!! 谢谢诸位啦
废电池的社会实践报告 活动地点：街道、超市 实践主题：废电池的危害及处理方法 实践目标：明确废物分类回收的意义，增强环保意识 实践成果：1、总结了人们对待废电池的态度 2、得出了科学回收废电池的方法 3、增强了我们的实践能力 调查报告： 一、主题：废电池的危害及处理方法 二、活动背景： 废电池的危害已经被越来越多的国家所重视，各国已开始着手进行废电池的回收工作，并不断寻找废电池再利用的最佳方案。 三、活动设想及方法：实地调查、访问专家、查找资料 四、预期成果：得出结论、制作的实验样品 五、准备工作：. 1、了解废电池有哪些危害 2. 借鉴世界各国回收废电池的措施，设计一套适合在高中生开展的回收废电池活动方案 六、任务分配：⑴任务分工：实地调查 （2）访问专家 (3) 查书面资料（4）发倡议书 七、日程安排：2月6日—7日查找有关资料，对课题有一个整体认识并借鉴前人经验 2月8日—9日设计回收方案 2月10日——11日进行废电池回收宣传活动 2月12日总结实践活动 八、活动总结： 我国如何回收废电池 1、 加强市场抽查，强制禁汞 淘汰含汞电池的目标步骤已经明确了，大多数企业也是按照国家要求去做的。但有一部分企业滞后于国家要求，甚至有少数企业冒用别人品牌生产高汞电池。对这些违法行为，只有加强市场抽查，对继续销售、生产超标电池的企业进行处罚，才能制止。建议有市场检查、处罚职能的工商、质监部门到销售点取样化验，发现电池汞含量超标的，没收劣质电池、处以罚款，并追究批发者、生产者的责任。应当通过有奖举报的方式动员社会力量举报生产、销售劣质电池的企业。 2、谨慎收集废电池 电池中的汞含量较低（即便是高汞电池），消费群体分散，废电池随生活垃圾填埋是不会造成太大污染的（电池外壳的保护作用和大量垃圾的稀释作用使然）。但如果把大量的废电池集中到一个地方，加上处理不善（如剥开外壳，回收有价值部分，将残渣随意抛弃），则有可能引起局部地区的汞污染。因此，一些单位、个人在开展收集活动时，应当妥善保管并交给具备存放、处理条件的单位。在没有符合条件的处理或利用设施之前，不宜大规模收集废电池。 对目前已经收集到的废电池，应当以城市为单位由市政环卫部门安排场所集中贮存。待符合条件的设施建成后再处理或利用。 3、自愿利用 尽管从污染控制的角度考虑可以不单独收集干电池，但一些单位从节约资源的角度希望回收其中的锌、锰、铁等金属。与其他废物综合利用项目一样，废金属再生行业受原材料市场价格波动、下游需求的冲击较大，在一定的时期内利用废干电池可能入不敷出。在市场经济条件下，不允许财政对利用废电池的企业进行补贴，只能坚持企业自愿的原则。如企业具备技术、经营能力，或者从公益事业的角度考虑，即使亏本也愿意干，也可以开展这方面的业务。含汞电池的再利用设施，应建在人口稀少、环境不敏感（如汞矿等）的地区，技术管理水平应比较先进，规模较大，切忌搞成简陋作坊式的利用厂。 需要说明的是，从事废电池收集利用的单位，也应遵守职业病防治、环保、土地规划等方面的法律法规。除依法减免外，应当照章纳税。不能因为节约资源就可以不按法律办事。 4。治理废弃电池的几点建议 在治理废电池的领域上，随着电池产业的不断发展，不同类型、规格的废电池所需的处理方式、处理技术也相应形成。因此我们提出了三点建议：固化深埋、存放于旧矿井、回收再利用。而废电池回收利用是当前行业管理工作的重点。采用“三化”原则管理废旧电池，即对废旧电池的污染防治，采用减量化，资源化、无害化的指导思想。 加强废电池管理的政策、法规建设，各级政府应以《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》为指南，根据废电池产生及管理现状以及社会经济发展的外部环境，制定符合实际情况的政策、法规及切实可行的实施细则。国家极其环境保护行政主管部门应尽早颁布指导全国废电池管理、处置的基本政策、法规。各省、市应结合自身具体情况的发展需求，制订相应废电池管理、处置的地方政策、法规。小城镇可以根据当地情况出台必要的实施细则，具体落实废电池的回收利用及处置工作。 废旧电池回收箱很少，市民的意识还很薄弱。我们希望政府能做很多的废旧电池回收箱挂在每个单位门口、学校门口、商场商店门口、人员密集的地方，营造一种人人习惯动手回收废旧电池的氛围。政府派专人收集废旧电池。把废旧的电池的危害宣传给每个市民。对积极参与废旧干电池回收利用的单位和个人要大力宣传，还要表彰。从而做到统一回收处理，为减少城市污染。 我国是电池生产和消费大国，废电池污染已成为亟待解决的重大环境问题。但废旧电池处理回报率低、效益周期长，很难吸引投资者，因此就很难形成产业化规模，并产生效益。 事实上，废旧电池回收业并非无利可图。废旧电池中含有大量可再生利用的重金属和酸液等物质，如铅酸电池的回收利用主要以废铅再生利用为主，还包括对于废酸以及塑料壳体的利用。目前，国内废汽车用铅酸电瓶的金属回收利用率大约达到80－85％。 据业内人士估算，按每天处理10万只废电池计算，除去各种费用后，可获利2万元左右；以70亿只电池、50％的利用率计算，年利润可达6亿多元。可见，在此领域实施规模经营完全可以创造效益。 编辑本段废电池回收方法汇总 1. 废镍氢电池 1.1 失效负极合金粉的回收处理 将失效MH/Ni电池外壳剥开,从电池芯中分选出负极片,用超声波震荡和其它物理方法,得到失效负极粉,再经化学处理得到处理后的负极粉,将此负极粉压片,在非自耗真空电弧炉中反复熔炼3～4次。除去熔炼铸锭表面的氧化层,将其破碎,混合均匀后,用ICP方法测其混合稀土、镍、钴、锰、铝各元素的百分含量,根据储氢合金元素流失的不同,以镍元素的含量为基准,补充其它必要元素,再进行冶炼,最终得到性能优良的回收合金。 1.2 失效MH/Ni电池负极合金的回收 将失效负极粉采用化学处理的方法,利用处理液对合金表面的浸蚀,破坏合金表面的氧化物,但又要使合金中未氧化的其它元素及导电剂受到的浸蚀影响降至最小。采用0 5mol•L-1的醋酸溶液,将失效合金粉在室温下处理0.5h,再用蒸馏水洗涤、真空条件下干燥。结果看出,AB5型储氢合金的主体结构没有变,仍属于CaCu5型六方结构,但负极粉中Al(OH)3和La(OH)3的杂相基本完全消失,说明这些氧化物经化学处理后,表面的氧化物几乎完全被溶解掉。将化学处理后的失效负极粉与制作电池用的原合金粉以及未经化学处理的失效合金粉,做充放电性能对比，经过化学处理的失效负极粉的放电比容量比未经化学处理的失效负极粉高23mAh•g-1,说明经过化学处理以后,由于表面氧化物被大部分除去,使失效负极粉中储氢合金的有效成分增加。XPS测试结果表明,负极粉表面镍原子的浓度由化学处理前的6.79%升高到9.30%,这说明经过化学处理以后,合金的表面形成了具有较高电催化活性的富镍层,这不但提高了储氢电极的电催化活性,而且也提供了氢原子的扩散途径,因而使电极的放电性能提高。但经过化学处理的失效负极粉与制作电池用的原合金粉相比较,放电比容量仍低90mAh•g-1,一方面可能是由于合金的氧化不仅仅是局限于表面,也可能会深入到合金的内部,化学处理仅仅是将表面的氧化物除去,颗粒内部的深层氧化并没有被完全除去;另一方面可能是由于合金的粉化使比表面积增大,同时使合金与O2反应以及受电解液的腐蚀更加容易,两方面原因共同作用导致合金的放电性能下降。所以,仅仅通过化学处理的方法并不能使失效负极恢复功能,还需进行熔炼处理。 将上述经过化学处理的负极粉,于非自耗电弧炉中进行第一次冶炼。将所得合金铸锭抛光,去除表面杂质后,分析各元素含量,结果可以看出合金中的元素含量偏离原合金,镍含量远大于原合金粉中的镍含量,这是因为在制作电极的过程中加入镍粉做导电剂,为了有效的利用它,以它为基准,调整其它元素的含量使其符合组成为MmNi3.5Co0.7Mn0.4Al0.3的各元素的配比,进行第二次冶炼。冶炼后,将得到的合金铸锭破碎,研磨后,测其结构,为CaCu5型,没有其它杂相生成。 将回收的合金粉做充放电性能测试,可以看出,回收合金粉的放电容量比失效负极粉高约100mAh•g-1,与原合金粉的放电容量相比基本相同,并且回收合金粉的放电平台压比原合金粉的放电平台压高约20mV左右,这可能是由于合金回收的过程中经过数次熔炼,使合金的成分和微观结构得到了改善的原因。 2. 废锂离子二次电池 采用碱溶解→酸浸出→P204萃取净化→P507萃取分离钴、锂→反萃回收硫酸钴和萃余液沉积回收碳酸锂的工艺流程,从废旧锂离子二次电池中回收钴和锂。实验结果表明:碱溶解可预先除去约90%的铝,H2SO4+H2O2体系浸出钴的回收率达到99%以上;P204萃取净化后,杂质含量为Al3.5mg/L、Fe0.5mg/L、Zn0.6mg/L、Mn2.3mg/L、Ca<0.1mg/L;用P507萃取分离钴和锂,在pH为5.5时,分离因子βCo/Li可高达1×105;95℃以上用饱和碳酸钠沉积碳酸锂,所得碳酸锂可达零级产品要求,一次沉锂率为76.5%。 锂离子二次电池由外壳和内部电芯组成,外壳为不锈钢、镀镍金属钢壳或塑料外壳;电池的内部电芯为卷式结构,主要由正极,负极,隔离膜,电解液组成。一般电池的正极材料由约90%钴酸锂活性物质,7%～8%乙炔黑导电剂和3%～4%有机粘和剂,均匀混合后涂抹于厚度约20μm铝箔集流体上;电池的负极由约90%负极活性物质碳素材料,4%～5%乙炔黑导电剂和6%～7%粘和剂均匀混合后涂抹在厚度为15μm铜箔集流体上。正负极的厚度约0.18～0.20mm,中间用厚度约10μm隔离膜隔开,隔离膜一般用聚乙烯或聚丙烯膜,电解液为六氟磷酸锂的有机碳酸酯溶液。将废旧锂离子二次电池除去包装及外壳,取出电芯,分离出正极材料。 九、活动的意义：提高了我们的环保意识，增强了我们的社会责任意识。
