磷酸鐵鋰電池正極材料性能改進方法有哪些？磷酸鐵鋰電池正極材料有哪些優(yōu)缺點？
來源：寶鄂實業(yè)
2020-05-10 12:26
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磷酸鐵鋰電池正極材料性能改進的方法
由于磷酸鐵鋰正極材料本身較差的導電率和較低的鋰離子擴散系數(shù)，國內外研究者在這些方面進行了大量的研究，也取得了一些很好的效果。其改性研究主要在3個方面:摻雜法、包覆法和材料納米化。
①摻雜法
摻雜法主要是指在磷酸鐵鋰晶格中的陽離子位置摻雜一些導電性好的金屬離子，改變晶粒的大小，造成材料的晶格缺陷，從而提高晶粒內電子的導電率以及鋰離子的擴散速率，進而達到提高磷酸鐵鋰電池材料性能的目的。目前，摻雜的金屬離子主要有Ti4＋、CO2＋、Zn2＋、Mn2＋、La2＋、V3＋、Mg2＋。
②包覆法
在LiFePO4材料表面包覆碳是提高電子電導率的一種有效方法，碳可以起到以下幾個方面的作用：①抑制LiFePO4晶粒的長大，增大比表面積;②增強粒子間和表面電子的導電率，減少電池極化的發(fā)生;③起到還原劑的作用，避免Fe的生成，提高產品純度;④充當成核劑，減小產物的粒徑；⑤吸附并保持電解液的穩(wěn)定。
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相較在導電性方面的限制，鋰離子在磷酸鐵鋰電池材料中的擴散是電池放電的最主要也是決定性的控制步驟。由于LiFePO4的橄欖石結構，決定了鋰離子的擴散通道是一維的，因此可以減小顆粒的粒徑來縮短鋰離子擴散路徑，從而達到改善鋰離子擴散速率的問題。
采用離子摻雜、包覆、材料納米化3種改性方法對磷酸鐵鋰電池正極材料在電導率低、鋰離子擴散速率慢、低溫放電性能差等方面的不足有很大的改進。因此，通過以上方法來全面提高磷酸鐵鋰的綜合性能仍然是當前和今后該領域研究和應用的主要發(fā)展方向之一。
磷酸鐵鋰電池正極材料的優(yōu)點
1.高能量密度：其理論比容量為170mAh/g，產品實際比容量可超過140mAh/g(0.2C,25°C);
2.安全無污染：是目前最安全的鋰離子電池正極材料;不含任何對人體有害的重金屬元素;符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池證;
3.壽命長：在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上;磷酸鐵鋰電池的使用壽命與其使用溫度息息相關，使用溫度過低或者過高在其充放電過程及使用過程均產生極大不良隱患;
4.充電性能：磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，最快可在1小時內將電池充滿;
磷酸鐵鋰電池正極材料的缺點
1.導電性差。這個問題是其最關鍵的問題。磷酸鐵鋰電池之所以還沒有大范圍的應用，這是一個主要的問題。但是，這個問題目前已經可以得到完美的解決：就是添加C或其它導電劑。實驗室報道可以達到160mAh/g以上的比容量。
2.振實密度較低。一般只能達到1.3-1.5g/ml，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰電池的最大缺點。這一缺點決定了它在小型電池如手機電池等沒有優(yōu)勢。即使它的成本低，安全性能好，穩(wěn)定性好，循環(huán)次數(shù)高，但如果體積太大，也只能小量的取代鈷酸鋰。這一缺點在動力電池方面不會突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來制作動力電池。
