提升磷酸鐵锂電池性能的方法
雖然磷酸鐵锂(LiFePO)與其它锂離子電池正极材料相比,更加安全、更加环保、成本更加低廉,但是仍然存在着致命的弱点:一是电导率低,大电流放电性能较差;二是振实密度低,电池容量和能量密度低。那么提升磷酸鐵锂電池性能的方法有哪些呢?

1、碳具有優良的導電性能,在磷酸鐵锂的合成過程中,摻雜或包覆導電碳是一種提高磷酸鐵锂導電性能的簡單而有效的辦法。加入少量的碳,一方面通過碳與LifePO;的直接接觸增強顆粒之間的電子傳導能力,提高磷酸鐵锂的導電性能;另一方面可以在一定程度上抑制LiFePO,顆粒的生長,降低顆粒粒徑,縮短充放電過程中Lit的擴散路徑,間接提高磷酸鐵锂的倍率特性。摻雜或包覆碳所使用的碳源分爲無機碳源和有機碳源,無機碳源有乙炔黑、石墨、SP等各種形式的炭材料,有機碳源有葡萄糖、蔗糖、檸檬酸、聚丙烯、聚乙烯醇等有機物和高分子。碳的密度較低,在提高磷酸鐵锂導電性的同時也會降低它的振實密度,因此,在保證導電性的同時碳的加入量越少越好。
2、在磷酸铁锂中掺杂金属离子,是提高磷酸铁锂颗粒内部导电性的有效手段之一。掺杂金属离子进入晶体后,会造成材料内部晶格缺陷,从而在根本上提高材料的导电性能。和碳掺杂或碳包覆相比,金属离子掺杂不会降低材料的振实密度,有利于提高磷酸鐵锂電池的能量密度。
降低顆粒粒徑至納米級,改善可逆容量和循環性能,引入稀土離子是提高磷酸鐵锂材料電化學性能的有效方法。
3、減小磷酸鐵锂的顆粒尺寸有助于縮短充放電過程中锂離子的擴散路徑,增大锂離子的擴散速率,提高大電流充放電性能。采用液相化學合成方法(如共沈澱法、溶膠-凝膠法)有利于減小顆粒尺寸。但是粒徑太小會降低材料的振實密度,增大材料的比表面積,不利于電極的加工和電池能量密度的提高。適度控制材料的顆粒尺寸,是優化材料綜合性能的關鍵技術之一。
改性的方法包括摻雜導電碳或在磷酸鐵锂顆粒表面包覆碳、金屬包覆、金屬離子摻雜和粒徑控制等。目前研究較多的仍然是碳摻雜(或包覆)與金屬離子摻雜,包覆能將電導率提高到10-S/cm左右,摻雜更是能將電導率提高8倍,高倍率充放電性能得到改善,在一定程度上抑制了容量衰減。磷酸鐵锂産業化的實踐也證明了碳摻雜(或包覆)與金屬離子摻雜能解決磷酸鐵锂電導率低的問題。
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