提升磷酸鐵鋰電池性能的方法
雖然磷酸鐵鋰(LiFePO)與其它鋰離子電池正極材料相比,更加安全、更加環保、成本更加低廉,但是仍然存在著致命的弱點:一是電導率低,大電流放電性能較差;二是振實密度低,電池容量和能量密度低。那么提升磷酸鐵鋰電池性能的方法有哪些呢?

1、碳(tan)(tan)(tan)具有優良(liang)的(de)(de)(de)(de)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性能,在磷酸(suan)(suan)(suan)鐵(tie)鋰的(de)(de)(de)(de)合成過(guo)程中,摻雜(za)或(huo)包覆導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)碳(tan)(tan)(tan)是一種提(ti)高(gao)磷酸(suan)(suan)(suan)鐵(tie)鋰導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性能的(de)(de)(de)(de)簡(jian)單(dan)而(er)有效的(de)(de)(de)(de)辦法。加(jia)入少量的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)(tan),一方(fang)面通過(guo)碳(tan)(tan)(tan)與LifePO;的(de)(de)(de)(de)直接(jie)接(jie)觸增(zeng)強顆(ke)粒(li)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)傳導(dao)(dao)能力,提(ti)高(gao)磷酸(suan)(suan)(suan)鐵(tie)鋰的(de)(de)(de)(de)導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性能;另一方(fang)面可以在一定程度(du)上抑制LiFePO,顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)生長,降(jiang)(jiang)低(di)顆(ke)粒(li)粒(li)徑(jing),縮(suo)短充(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中Lit的(de)(de)(de)(de)擴散(san)路徑(jing),間接(jie)提(ti)高(gao)磷酸(suan)(suan)(suan)鐵(tie)鋰的(de)(de)(de)(de)倍率特性。摻雜(za)或(huo)包覆碳(tan)(tan)(tan)所使用的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)源(yuan)分為無機(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)源(yuan)和有機(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)源(yuan),無機(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)源(yuan)有乙(yi)炔黑、石墨、SP等各種形式的(de)(de)(de)(de)炭材(cai)料,有機(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)源(yuan)有葡萄糖(tang)(tang)、蔗糖(tang)(tang)、檸檬酸(suan)(suan)(suan)、聚丙烯、聚乙(yi)烯醇等有機(ji)(ji)物(wu)和高(gao)分子(zi)(zi)。碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)密度(du)較(jiao)低(di),在提(ti)高(gao)磷酸(suan)(suan)(suan)鐵(tie)鋰導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性的(de)(de)(de)(de)同時也會降(jiang)(jiang)低(di)它的(de)(de)(de)(de)振實密度(du),因此,在保證導(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性的(de)(de)(de)(de)同時碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)加(jia)入量越少越好(hao)。
2、在磷(lin)酸鐵鋰中摻(chan)雜金(jin)(jin)屬離子(zi)(zi),是提(ti)高(gao)磷(lin)酸鐵鋰顆粒內部導電性(xing)的(de)有效(xiao)手段之一。摻(chan)雜金(jin)(jin)屬離子(zi)(zi)進入晶(jing)體后,會造(zao)成材(cai)料內部晶(jing)格缺陷(xian),從(cong)而在根本(ben)上(shang)提(ti)高(gao)材(cai)料的(de)導電性(xing)能。和(he)碳(tan)摻(chan)雜或碳(tan)包(bao)覆相比(bi),金(jin)(jin)屬離子(zi)(zi)摻(chan)雜不會降低材(cai)料的(de)振實(shi)密度(du),有利于提(ti)高(gao)磷(lin)酸鐵鋰電池的(de)能量密度(du)。
降低顆粒(li)粒(li)徑至(zhi)納米級,改善可逆容(rong)量和循環(huan)性(xing)能,引入稀(xi)土離子是提高(gao)磷酸鐵鋰(li)材料(liao)電化學性(xing)能的有效方(fang)法。
3、減小磷酸鐵鋰的(de)顆粒尺寸有助于縮短(duan)充(chong)放電(dian)過程中鋰離子(zi)(zi)的(de)擴(kuo)散路徑,增大鋰離子(zi)(zi)的(de)擴(kuo)散速(su)率,提高大電(dian)流(liu)充(chong)放電(dian)性(xing)(xing)能(neng)。采用液相化學合成方法(如(ru)共沉(chen)淀法、溶(rong)膠-凝膠法)有利(li)于減小顆粒尺寸。但是粒徑太小會(hui)降低材料(liao)(liao)的(de)振實(shi)密度(du),增大材料(liao)(liao)的(de)比(bi)表面積,不(bu)利(li)于電(dian)極的(de)加工和(he)電(dian)池能(neng)量密度(du)的(de)提高。適(shi)度(du)控(kong)制材料(liao)(liao)的(de)顆粒尺寸,是優化材料(liao)(liao)綜(zong)合性(xing)(xing)能(neng)的(de)關鍵技術(shu)之(zhi)一。
改性(xing)(xing)的(de)方法包(bao)括(kuo)摻(chan)(chan)雜(za)導(dao)電(dian)碳(tan)或在磷(lin)(lin)酸鐵(tie)鋰顆粒表(biao)面包(bao)覆(fu)(fu)碳(tan)、金(jin)屬(shu)(shu)包(bao)覆(fu)(fu)、金(jin)屬(shu)(shu)離子摻(chan)(chan)雜(za)和粒徑控制等。目前研究較(jiao)多(duo)的(de)仍(reng)然是(shi)(shi)碳(tan)摻(chan)(chan)雜(za)(或包(bao)覆(fu)(fu))與金(jin)屬(shu)(shu)離子摻(chan)(chan)雜(za),包(bao)覆(fu)(fu)能將電(dian)導(dao)率(lv)提高(gao)(gao)到(dao)(dao)10-S/cm左右,摻(chan)(chan)雜(za)更是(shi)(shi)能將電(dian)導(dao)率(lv)提高(gao)(gao)8倍,高(gao)(gao)倍率(lv)充(chong)放電(dian)性(xing)(xing)能得到(dao)(dao)改善,在一(yi)定程(cheng)度(du)上抑制了(le)容量衰減。磷(lin)(lin)酸鐵(tie)鋰產(chan)業化的(de)實(shi)踐也(ye)證明了(le)碳(tan)摻(chan)(chan)雜(za)(或包(bao)覆(fu)(fu))與金(jin)屬(shu)(shu)離子摻(chan)(chan)雜(za)能解決磷(lin)(lin)酸鐵(tie)鋰電(dian)導(dao)率(lv)低的(de)問題。
