磷酸鐵鋰材料由于具有成本低、環(huán)境相容性好、比容量較高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，成為一種極具應用潛力的鋰離子電池正極材料。由于磷酸鐵鋰材料的導電率低，在配料時需加入一定量的導電劑，導電劑比表面積大，單位質(zhì)量顆粒多，有利于在電極中開成鏈式導電網(wǎng)絡，從而提高電極的導電率，有助于磷酸鐵鋰的容量發(fā)揮和降低電池極化內(nèi)阻。

常規(guī)生產(chǎn)中，一般采用SP 和KS-6導電添加劑來提高極片的導電性和改善極片的柔韌性。碳納米管（CNT）的電導率較高且具有一維結(jié)構，以碳納米管為導電添加劑可以顯著提高正極的導電性。與顆粒狀導電劑相比，纖維狀導電劑，如氣相法生長碳纖維、碳納米管等，有較大的長徑比，有較大的比表面積和好的導電導熱性能，有利于形成導電網(wǎng)絡，且導電性更好。實驗表明，若在纖維狀導電劑中加入顆粒狀導電劑，就可以相得益彰，發(fā)揮每種材料的優(yōu)勢。

Thorat等人以碳纖維（CF）為導電添加劑，電極構成為8%碳纖維、84%磷酸鐵鋰和8%聚偏氟乙烯，制作的2048型電池最大充電比功率為3882W/kg；鋰等通過固相混合了碳納米管、磷酸鐵鋰粉體和粘結(jié)劑，所得電極在0.1C的放電比容量比加碳纖維時約高20mAh/g，在1.0C倍率下放電比容量超過146 mAh/g。

北京理工大學的鄧龍征、吳鋒等專家提出，在磷酸鐵鋰電池正極材料中采用1%CNT + 3%super P +1% KS-6復合添加劑，可以發(fā)揮復合添加劑的協(xié)同作用，可以有效提高電芯的整體性能。實驗數(shù)據(jù)表明，電芯分容比容量達到146.32 mAh/g，高于采用CNT + super P復合添加劑的電芯分容比容量139.06 mAh/g；前者電芯分容后內(nèi)阻平均值為1.0mΩ，而后者是3.25mΩ。此外，添加CNT + SP +KS-6復合添加劑電芯的自放電小，電池循環(huán)性能優(yōu)良，電池經(jīng)過2165次循環(huán)，容量保持率為91.78%，電池循環(huán)壽命預計可達4000以上（80%DOD），可以滿足動力電池和儲能電池的需求。磷酸鐵鋰顆粒的形貌、顆粒尺寸和顆粒尺寸的均勻性會對其電學性能產(chǎn)生很大的影響。通過實驗，其得出結(jié)論如下：

 

（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17.4 mΩ；

 

（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，相比片狀、粒狀和無規(guī)則形貌的粉體，球形的顆粒組成的粉體具有較高的堆積密度。而且，球形顆粒具有優(yōu)異的流動性、分散性和工藝性能，十分有利于制作正極材料漿料和電極的涂覆，提高電極片的品質(zhì)。最近的研究表明，與無規(guī)則形貌的粉末相比，球形顆粒的粉末具有較低的界面能、比能量較高等特點。

 

球形磷酸鐵鋰粉體的制備

 

由于球形顆粒所具有的優(yōu)勢，制備球形的磷酸鐵鋰粉體因此成為一個研究熱點。例如，科研人員利用超聲噴霧熱分解法制備了顆粒尺寸分布均勻的球形磷酸鐵鋰顆粒，同時溶鹽法和水熱法也被用來制備球形的磷酸鐵鋰粉體。

 

李祥在實驗中通過兩步法合成了納米單分散的球形磷酸鐵鋰粉體。第一步，首先通過溶膠凝膠法合成了納米單分散的磷酸鐵粉體，并研究了溶液中鐵離子的濃度和溶液的反應時間對納米單分散的磷酸鐵粉體顆粒形貌的影響。結(jié)果表明，隨著溶液中鐵離子的濃度的升高，納米磷酸鐵的顆粒尺寸減小，但是顆粒尺寸的均勻性沒有太大的改變；而隨著反應時間的延長，顆粒尺寸的分布開始改善。第二步，使用固相法將第一步中制備好的磷酸鐵和氫氧化鋰混合最終成功制備了納米球形單分散的磷酸鐵鋰粉體。

 

在第二步過程中，選取不同的前驅(qū)體FePO4和FePO4•2H2O來制備納米球形磷酸鐵鋰顆粒。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：以FePO4為前驅(qū)體制備磷酸鐵鋰時，磷酸鐵顆粒的球形形貌在第二步煅燒中遭到了破壞，無法繼承其球形的形貌；而以FePO4•2H2O為前驅(qū)體制備磷酸鐵鋰時，磷酸鐵顆粒的球形形貌可以在第二步煅燒中得到繼承。