關(guān)于動力鋰離子電池正極材料的研究
來源：寶鄂實業(yè)
2020-04-12 21:24
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電力鋰離子電池的安全性
對于動態(tài)鋰離子電池，要有效地解決其安全問題，主要從以下幾個方面進(jìn)行:合理設(shè)計電池的熱效應(yīng)，有效地防止熱控制在不合理使用的情況下，并找到安全的電解液和正極材料。
隨著大容量動態(tài)鋰離子電池的應(yīng)用，其短路、工藝等安全問題越來越突出，這是動態(tài)鋰離子電池在大規(guī)模、多領(lǐng)域應(yīng)用中需要克服的一大難題。動態(tài)鋰離子電池存在自爆、電火花、漏液等安全問題，嚴(yán)重阻礙了動態(tài)鋰離子電池在實際應(yīng)用中的進(jìn)展。
隨著新型動力鋰離子電池材料的不斷發(fā)展，安全性能也有了新的進(jìn)展。因此，如何開發(fā)和制備新型動力鋰離子電池材料對提高動力鋰離子電池的安全性能具有重要意義。
2. 鋰離子電池正極材料
電力鋰離子電池常用的正極材料有鋰離子2、鋰離子2、鎳鈷錳鋰氧等。雖然這些材料具有高容量密度的優(yōu)點，但其安全性普遍較差，存在較大的安全隱患。目前，新型陽極材料的研究取得了很大的進(jìn)展，主要包括以下幾個方面。
2.1磷酸亞鐵鋰
磷酸亞鐵鋰的理論容量為170毫安時/克，充放電電壓為3.5伏特。它比傳統(tǒng)的鋰電池正極材料更廣泛、更便宜、更環(huán)保。正極材料為磷酸亞鐵鋰，電池?zé)岱€(wěn)定性高，安全性高，循環(huán)性能好。因此，磷酸亞鐵鋰可以作為一種非常安全的動態(tài)鋰離子電池材料。
2.1.1磷酸亞鐵鋰的合成方法
磷酸亞鐵鋰的合成方法很多，如下表所示，分別指出了各自的優(yōu)缺點。詳見表1。
2.1.2磷酸亞鐵鋰的改性
磷酸亞鐵鋰雖然安全，但也存在一些致命的缺陷，如電子導(dǎo)電性低、離子擴(kuò)散慢、體積能密度低。這些都影響了磷酸亞鐵鋰的實用性，需要對其進(jìn)行改進(jìn)。學(xué)者們對此進(jìn)行了大量的研究，并取得了很大的進(jìn)展。
(1)添加導(dǎo)電材料
為了提高磷酸亞鐵鋰的電導(dǎo)率，可以加入導(dǎo)電材料。它可以涂上金屬或碳。在磷酸亞鐵鋰中涂覆或分散碳不僅可以增強(qiáng)顆粒間的電導(dǎo)率，降低電池的極化，還可以提供磷酸亞鐵鋰電子隧道來補(bǔ)償電荷平衡，因此成為學(xué)者[2]的首選改性方法。
采用機(jī)械活化的方法，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，經(jīng)600度燒結(jié)10小時合成包覆磷酸亞鐵鋰。Croce等人用1%的銅和銀包覆磷酸亞鐵鋰，通過x射線能譜分析，得到金屬分散在磷酸亞鐵鋰周圍。分散在磷酸亞鐵鋰中的金屬提供了導(dǎo)電橋，增加了顆粒與顆粒之間的電導(dǎo)率，提高了磷酸亞鐵鋰的容量。
(2)金屬元素?fù)诫s
雖然碳與金屬顆粒包覆的方法有效地改變了顆粒之間的電導(dǎo)率，但對磷酸亞鐵鋰顆粒內(nèi)部的電導(dǎo)率沒有影響。當(dāng)磷酸亞鐵鋰的粒度較大時，很難得到電流大、容量大的產(chǎn)品。然而，金屬摻雜方法在一定程度上會導(dǎo)致晶格缺陷，因此可以調(diào)節(jié)材料的電導(dǎo)率。
(3)球形磷酸亞鐵鋰的制備
為了實現(xiàn)鋰離子電池的高能量比，要求電池材料具有高密度和比容量，而密度與顆粒形貌和顆粒大小有關(guān)。如果形狀不規(guī)則，則會出現(xiàn)嚴(yán)重的顆粒橋接。然而，用規(guī)則的球形顆粒填充可以有效地避免顆粒間接觸面小造成的橋接現(xiàn)象。因此，研制球形磷酸亞鐵鋰負(fù)極材料是提高填料密度和比容量的有效方法。
