中國粉體網(wǎng)訊  磷酸鐵鋰作為新一代鋰離子電池正極材料，具有價(jià)格低、工作電壓穩(wěn)定、無毒環(huán)保、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全可靠、熱穩(wěn)定性好、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)。同樣存在離子電導(dǎo)率低，低溫性能差和振實(shí)密度小等缺點(diǎn)。

碳包覆和離子摻雜技術(shù)的缺陷

研究者們嘗試各種辦法來提高磷酸鐵鋰的性能，比如碳包覆和離子摻雜技術(shù)。盡管通過碳包覆和離子摻雜技術(shù)來解決離子電導(dǎo)率低的問題，可以在一定程度上改善磷酸鐵鋰的低溫性能，但是碳包覆技術(shù)會(huì)造成材料的振實(shí)密度減小，導(dǎo)致容量密度和加工性能惡化。離子摻雜可以提高磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率，但是金屬離子會(huì)阻塞鋰離子的擴(kuò)散通道，從而會(huì)降低磷酸鐵鋰的離子擴(kuò)散速率。

還有沒有其他辦法可以綜合提高磷酸鐵鋰性能呢？——球形化。

球形化的優(yōu)勢

磷酸鐵的顆粒具有多種形貌，其中球狀顆粒具有體積比容量高、堆積密度大等優(yōu)點(diǎn)，甚至可以解決現(xiàn)有磷酸鐵鋰的制備方法制成的磷酸鐵鋰振實(shí)密度低、導(dǎo)電率低、形狀不規(guī)則、性能不穩(wěn)定等問題。

有研究者以常見的球形和非球形形貌磷酸鐵鋰作為研究對象，探討了磷酸鐵鋰形貌與電池內(nèi)阻等特性之間的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

①形貌對磷酸鐵鋰電池內(nèi)阻具有顯著影響。相比非球形磷酸鐵鋰，球形形貌磷酸鐵鋰電池內(nèi)阻降低了17.4mΩ；

②磷酸鐵鋰形貌能夠影響電池的交流阻抗。球形磷酸鐵鋰電池的電荷轉(zhuǎn)移阻抗和鋰離子擴(kuò)散阻抗較低；

③內(nèi)阻降低對磷酸鐵鋰電池倍率性能提升效果明顯。低內(nèi)阻的球形磷酸鐵鋰電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。

此外，球形化的磷酸鐵鋰具有較高的振實(shí)密度，優(yōu)異的流動(dòng)性、分散性和工藝性能，較低的界面能，比能量較高。十分有利于制作正極材料漿料、電極的涂覆和提高電極片的品質(zhì)。

如何得到球形化的磷酸鐵鋰？

①用高密度球形FePO₄前驅(qū)體合成球形LiFePO₄顆粒

由于LiFePO₄電化學(xué)脫鋰得到的產(chǎn)物FePO₄的結(jié)構(gòu)與LiFePO₄極為相近，都屬于斜方晶系，擁有相同的空間群Pnmb且兩者體積僅相差6.8%。因鋰脫嵌前后的材料結(jié)構(gòu)和體積幾乎不變，故在以FePO₄為原料制備LiFePO₄過程中，F(xiàn)ePO₄前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)及形貌對LiFePO₄產(chǎn)品的性能有很大的影響。

制得高密度球形前驅(qū)體是得到高密度球形產(chǎn)物的有效途徑之一。先合成高密度球形FePO4前驅(qū)物，再與其他原料混合均勻，通過高溫反應(yīng)，使鋰通過球形前驅(qū)體顆粒表面的微孔向各方向均勻、同步地滲入前驅(qū)體的中心，保持球形形貌。此方法中，球形前驅(qū)體可以消除反應(yīng)過程中由于擴(kuò)散途徑不同引起的微觀組分差異，生成組成均勻的LiFePO₄，從而提高材料的性能。

②噴霧干燥法制備球形LiFePO₄顆粒

噴霧干燥（熱解）法是將各金屬鹽按制備復(fù)合型粉末所需的化學(xué)計(jì)量比配成前驅(qū)體溶液，經(jīng)霧化器霧化后，由載氣帶入設(shè)定溫度的反應(yīng)爐中，在反應(yīng)爐中瞬間完成溶劑蒸發(fā)、溶質(zhì)沉淀形成固體顆粒、顆粒干燥、顆粒熱分解和燒結(jié)成型等一系列的過程，最后形成規(guī)則的球形粉末顆粒。

③熔鹽法制備球形LiFePO₄顆粒

熔鹽法通常采用一種或數(shù)種低熔點(diǎn)的鹽類作為反應(yīng)介質(zhì)，合成過程會(huì)出現(xiàn)液相，反應(yīng)物在其中有一定的溶解度，這大大加快了反應(yīng)物離子的擴(kuò)散速率，使反應(yīng)物在液相中實(shí)現(xiàn)原子尺度混合，反應(yīng)就由固-固反應(yīng)轉(zhuǎn)化為固-液反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，采用合適的溶劑將鹽類溶解，經(jīng)過濾洗滌后即可得到合成產(chǎn)物。

磷酸鐵鋰的形貌和粒度控制工藝通常很復(fù)雜，要想穩(wěn)定大批量制備具有特定形貌和粒徑分布的材料還存在一定的難度。但這不失為一個(gè)可以努力探索的方向。

參考來源：

陳壘.球形磷酸鐵鋰材料的制備及其18650電池的測試

侯月朋.形貌對磷酸鐵鋰電池內(nèi)阻特性影響

中國粉體網(wǎng).如何提高磷酸鐵鋰材料的振實(shí)密度

羅喆.磷酸鐵的合成與粒度控制

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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