方法改進(jìn)磷酸鐵鋰離子電池的性能

磷酸鐵鋰(LiFePO)雖然比其他鋰離子電池正極材料更安全、更環(huán)保、更便宜，但它仍然有致命的弱點(diǎn):第一，電導(dǎo)率低，大電流放電性能差;二是振動(dòng)密度低，電池容量和能量密度低。那么如何提高磷酸鐵鋰離子電池的性能呢?

磷酸鐵鋰離子電池

1.碳具有極好的導(dǎo)電性。在磷酸鐵鋰的合成中，摻雜或包覆導(dǎo)電碳是提高磷酸鐵鋰電導(dǎo)率的簡(jiǎn)單而有效的方法。加入少量的碳，一方面通過碳和LifePO;直接接觸增強(qiáng)了粒子間的電子傳導(dǎo)能力，提高了磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率。另一方面，可以在一定程度上抑制LiFePO和顆粒的生長(zhǎng)，減小顆粒尺寸，縮短充放電過程中Lit的擴(kuò)散路徑，間接改善磷酸鐵鋰的倍增器特性。用于摻雜或包覆碳的碳源可分為無機(jī)碳源和有機(jī)碳源。無機(jī)碳源包括乙炔黑、石墨、SP等各種形式的碳材料，有機(jī)碳源包括葡萄糖、蔗糖、檸檬酸、聚丙烯、聚乙烯醇等有機(jī)化合物和聚合物。碳的密度低，不僅可以提高磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率，還可以降低其振動(dòng)密度。因此，在保證電導(dǎo)率的同時(shí)，碳的添加越少越好。

2.在磷酸鐵鋰中摻雜金屬離子是提高磷酸鐵鋰顆粒內(nèi)部電導(dǎo)率的有效手段之一。當(dāng)摻雜的金屬離子進(jìn)入晶體時(shí)，會(huì)造成材料的晶格缺陷，從而從根本上提高材料的導(dǎo)電性。與碳摻雜或碳涂層相比，金屬離子摻雜不會(huì)降低材料的振動(dòng)密度，有利于提高磷酸鐵鋰離子電池的能量密度。

將顆粒尺寸減小到納米級(jí)，提高可逆容量和循環(huán)性能，引入稀土離子是提高磷酸鐵鋰電化學(xué)性能的有效方法。

3.減小磷酸鐵鋰的粒徑有利于縮短鋰離子在充放電過程中的擴(kuò)散路徑，提高鋰離子的擴(kuò)散速率，改善大電流充放電性能。采用液相化學(xué)合成(如共沉淀法、溶膠-凝膠法等)有利于減小粒徑。但假如顆粒尺寸過小，則會(huì)降低材料的振動(dòng)密度，增大材料的比表面積，不利于電極的加工和電池能量密度的提高。合理控制粒度是優(yōu)化材料綜合性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。

改性方法包括在磷酸鐵鋰粒子表面摻雜導(dǎo)電碳或包覆碳、金屬包覆、金屬離子摻雜和粒徑控制。目前，碳摻雜(或涂層)和金屬離子摻雜仍是研究的熱點(diǎn)。涂層可使電導(dǎo)率提高到10-s/cm左右，摻雜可使電導(dǎo)率提高8倍，提高充放電性能，倍增器性能高，在一定程度上抑制了容量衰減。磷酸鐵鋰的工業(yè)化也證明了碳摻雜(或包覆)和金屬離子摻雜可以解決磷酸鐵鋰電導(dǎo)率低的問題。