鋰電正極材料磷酸鐵鋰的改性方法有哪些

鋰離子電池是高容量可充電電池，其正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳鈷三元材料及磷酸鐵鋰等。磷酸鐵鋰價(jià)格低廉、安全性高、循環(huán)性能穩(wěn)定、放電平臺(tái)平穩(wěn)，且對(duì)環(huán)境友好，被認(rèn)為是最有前途的鋰離子電池正極材料。

解決磷酸鐵鋰電導(dǎo)率低等問(wèn)題最好的辦法是進(jìn)行改性處理，改性的方法包括金屬包覆、粒徑控制、金屬離子摻雜，以及摻雜導(dǎo)電碳或在磷酸鐵鋰顆粒表面包覆碳等多種方法。

摻雜改性

磷酸鐵鋰的摻雜改性可同時(shí)摻雜一種或多種元素，在晶格氧位、磷位、鐵位、鋰位中的一個(gè)或多個(gè)母體位進(jìn)行。摻雜能夠提高鋰離子的擴(kuò)散速率和導(dǎo)電性能，降低電池內(nèi)阻，使磷酸鐵鋰和磷酸鐵兩相相互轉(zhuǎn)換更加完善，進(jìn)而提高材料的循環(huán)性能和倍率性能。

1、碳摻雜

碳具備優(yōu)良的導(dǎo)電性能和較低的質(zhì)量密度，在磷酸鐵鋰中摻雜少量的碳可改善材料的導(dǎo)電性能，降低材料的粒徑尺度。

2、金屬摻雜

在磷酸鐵鋰中摻雜金屬離子可提高磷酸鐵鋰顆粒的內(nèi)部導(dǎo)電性，金屬離子進(jìn)入晶體后，會(huì)使材料內(nèi)部晶格缺陷，從而在根本上提高材料的導(dǎo)電性能。和碳摻雜或碳包覆相比，金屬離子摻雜不會(huì)降低材料的振實(shí)密度，有利于提高磷酸鐵鋰電池的能量密度。

3、粒徑控制

減小磷酸鐵鋰的顆粒尺寸有助于縮短充放電過(guò)程中鋰離子的擴(kuò)散路徑，提高鋰離子的擴(kuò)散速率和大電流充放電性能。但粒徑太小會(huì)降低材料的振實(shí)密度，增大材料的比表面積，不利于加工電極和提高電池能量密度。

表面包覆改性

表面包覆改性不僅可以提高材料粒子間的電子導(dǎo)電率，減少電池極化，還可為磷酸鐵鋰正極材料提供電子隧道，補(bǔ)償鋰離子在嵌脫過(guò)程中的電荷平衡。

1、碳包覆技術(shù)

原料混合式加入是指直接加入碳或熱解后可以轉(zhuǎn)變成碳的物質(zhì)，如石墨、炭黑、蔗糖、白糖、葡萄糖、檸檬酸、乙炔黑、聚乙烯、石墨烯、β-環(huán)糊精、聚乙烯醇等。燒結(jié)結(jié)束時(shí)加入是指在磷酸鐵鋰燒結(jié)結(jié)束后的降溫階段對(duì)其噴灑甲醇，甲醇受熱分解碳化，在磷酸鐵鋰表面形成碳膜。

碳具有良好的導(dǎo)電性，且價(jià)格廉價(jià)。碳包覆磷酸鐵鋰能夠提高磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能，但會(huì)降低材料的振實(shí)密度，導(dǎo)致材料的體積比容量下降。

2、金屬包覆技術(shù)

在磷酸鐵鋰材料表面包覆金屬粒子可提高材料的導(dǎo)電性，減小顆粒之間的阻抗，從而提高材料的比容量。可利用銀鏡反應(yīng)在磷酸鐵鋰表面鍍銀，也可直接在混料時(shí)加入銀或銅的顆粒。

3、導(dǎo)電有機(jī)物包覆技術(shù)

可在磷酸鐵鋰的表面聚合聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等導(dǎo)電有機(jī)物。

通過(guò)表面包覆碳或金屬粉末等來(lái)制備磷酸鐵鋰復(fù)合材料只能改善磷酸鐵鋰活性顆粒間的導(dǎo)電性，并不能夠改善磷酸鐵鋰顆粒內(nèi)部的導(dǎo)電性。當(dāng)顆粒直徑小于200nm時(shí)，表面包覆導(dǎo)電材料的磷酸鐵鋰才具有較好的大電流放電性能和高容量的充放電性能。

由于磷酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在安全性和循環(huán)性能方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此，采用磷酸鐵鋰做正極材料的電池可廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。

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