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。磷酸鐵鋰價格低廉、安全性高、循環(huán)性能穩(wěn)定、放電平臺平穩(wěn)，且對環(huán)境友好，被認為是最有前途的鋰離子電池正極材料。

解決磷酸鐵鋰電導率低等問題最好的辦法是進行改性處理，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摻雜一種或多種元素，在晶格氧位、磷位、鐵位、鋰位中的一個或多個母體位進行。摻雜能夠提高鋰離子的擴散速率和導電性能，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)部導電性，金屬離子進入晶體后，會使材料內(nèi)部晶格缺陷，從而在根本上提高材料的導電性能。和碳摻雜或碳包覆相比，金屬離子摻雜不會降低材料的振實密度，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程中鋰離子的擴散路徑，提高鋰離子的擴散速率和大電流充放電性能。但粒徑太小會降低材料的振實密度，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，補償鋰離子在嵌脫過程中的電荷平衡。

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)束時加入是指在磷酸鐵鋰燒結(jié)結(jié)束后的降溫階段對其噴灑甲醇，甲醇受熱分解碳化，在磷酸鐵鋰表面形成碳膜。

碳具有良好的導電性，且價格廉價。碳包覆磷酸鐵鋰能夠提高磷酸鐵鋰的導電性能，但會降低材料的振實密度，導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，也可直接在混料時加入銀或銅的顆粒。

3、導電有機物包覆技術(shù)

可在磷酸鐵鋰的表面聚合聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等導電有機物。

通過表面包覆碳或金屬粉末等來制備磷酸鐵鋰復合材料只能改善磷酸鐵鋰活性顆粒間的導電性，并不能夠改善磷酸鐵鋰顆粒內(nèi)部的導電性。當顆粒直徑小于200nm時，表面包覆導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)性能方面具有無可比擬的優(yōu)勢，因此，采用磷酸鐵鋰做正極材料的電池可廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。

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