隨著國(guó)內(nèi)電池廠商對(duì)電池性能要求的日益提高，國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同新能源電池材料：導(dǎo)電材料、導(dǎo)電涂層鋁箔、銅箔。其優(yōu)勢(shì)在于：在處理電池材料的時(shí)候，常擁有高倍率充放電性能好，較大比容量，但循環(huán)穩(wěn)定性較差，衰減較為嚴(yán)重等原因，不得不做取舍放棄。

　　這是個(gè)神奇的涂層，將電池的性能提高，帶入新紀(jì)元。

　　導(dǎo)電涂層是由分散好的納米導(dǎo)電石墨包覆顆粒等所組成。它能提供極佳的靜態(tài)導(dǎo)電性能，是一層保護(hù)能量吸收層。它也能提供好的遮蓋防護(hù)性能。涂層有水性的和溶劑性的，能應(yīng)用在鋁片，銅片，不銹鋼，鋁和鈦雙極板上。

　　涂碳涂層對(duì)鋰電池的性能帶來(lái)以下提升：

　　1. 降低電池內(nèi)阻，抑制充放電循環(huán)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻增幅;

　　2. 顯著提高電池組的一致性，降低電池組成本;

　　3. 提高活性材料和集流體的粘接附著力，降低極片制造成本;

　　4. 減小極化，提高倍率性能，減低熱效應(yīng);

　　5. 防止電解液對(duì)集流體的腐蝕;

　　6. 綜合因子進(jìn)而延長(zhǎng)電池使用壽命;

　　7. 涂層厚度：常規(guī)單面厚1～3μm。

　　日本和韓國(guó)近幾年主要開(kāi)發(fā)以改性錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰三元材料為正極材料的動(dòng)力型鋰離子電池，如豐田和松下合資成立的Panasonic EV能源公司、日立、索尼、新神戶(hù)電機(jī)、NEC、三洋電機(jī)、三星以及LG等。美國(guó)主要開(kāi)發(fā)以磷酸鐵鋰為正極材料的動(dòng)力型鋰離子電池，如A123系統(tǒng)公司、Valence公司，但美國(guó)的主要汽車(chē)廠家在其PHEV與EV中卻選擇錳基正極材料體系動(dòng)力型鋰離子電池，并且據(jù)說(shuō)美國(guó)A123公司在考慮進(jìn)軍錳酸鋰材料領(lǐng)域，而德國(guó)等歐洲國(guó)家主要采取和其它國(guó)家電池公司合作的方式發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，如戴姆勒奔馳和法國(guó)Saft聯(lián)盟、德國(guó)大眾與日本三洋協(xié)議合作等。目前德國(guó)的大眾汽車(chē)和法國(guó)的雷諾汽車(chē)在本國(guó)政府的支持下也正在研發(fā)和生產(chǎn)動(dòng)力型鋰離子電池。

材料納米化

相較在導(dǎo)電性方面的限制，鋰離子在磷酸鐵鋰材料中的擴(kuò)散是電池放電的最主要也是決定性的控制步驟。由于LiFeP04的橄欖石結(jié)構(gòu)，決定了鋰離子的擴(kuò)散通道是一維的，因此可以減小顆粒的粒徑來(lái)縮短鋰離子擴(kuò)散路徑，從而達(dá)到改善鋰離子擴(kuò)散速率的問(wèn)題。納米材料的優(yōu)點(diǎn)主要有：

①納米材料具有高比表面積，增大了反應(yīng)界面并可以提供更多的擴(kuò)散通道;

②材料的缺陷和微孔多，理論儲(chǔ)鋰容量高;

③因納米離子的小尺寸效應(yīng)，減少了鋰離子嵌入脫出深度和行程;

④聚集的納米粒子的間隙緩解了鋰離子在脫嵌時(shí)的應(yīng)力，提高了循環(huán)壽命;

⑤納米材料的超塑性和蠕變性，使其具有較強(qiáng)的體積變化承受能力，而且可以降低聚合物電解質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

　　Ren等對(duì)納米化的磷酸鐵鋰制備進(jìn)行了詳細(xì)的研究，他們利用親水性的碳納米顆粒作為模型制備出介孔磷酸鐵鋰正極材料。發(fā)現(xiàn)其具有亞微米大小的顆粒中心在2.9nm和30nm的雙峰孔分布，介孔的引入也有利于電解質(zhì)的流動(dòng)和鋰離子的擴(kuò)散。在1C倍率下，放電比容量為137mA·h/g。在30C高倍率充放電后，材料的容量仍能恢復(fù)到160mA·h/g?？梢钥闯黾{米化的磷酸鐵鋰電化學(xué)性能得到了顯著地提升。

　　從長(zhǎng)杰等利用液相沉淀法合成了納米級(jí)磷酸鐵，并以此為鐵源，通過(guò)碳熱還原技術(shù)制備了粒徑均勻的納米級(jí)球形磷酸鐵鋰正極材料。經(jīng)分析檢驗(yàn)結(jié)果表明，材料的首次放電比容量達(dá)161.8mA·h/g，庫(kù)侖效率為98.3%，室溫下在0.2℃、0.5℃, 1℃, 2℃及5℃倍率充放電其首次放電比容量分別為156.5mA·h/g, 144mA·h/g, 138.9mA·h/g,125.6mA·h/g和105.7mA·h/g，材料具有較好的電化學(xué)性能。

　　Chen等以偏磷酸亞鐵和石墨的納米層狀模板，通過(guò)水熱法制備出擁有納米層狀形態(tài)的LiFeP04顆粒。通過(guò)SEM分析，盡管原納米層模板LiFeP04納米層模板之間存在差異，但最終得到的LiFeP04模板的納米層狀態(tài)保存完好。拉曼光譜表明，原納米有機(jī)基團(tuán)的分層模板成功地轉(zhuǎn)換成細(xì)小的具有有序石墨結(jié)構(gòu)的碳顆粒，并很好地分散在層狀LiFeP04顆粒之間。經(jīng)使用循環(huán)伏安法和電阻抗法評(píng)估，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)分別是1.5X 10-11cm2/s和3.1 X10-13cm2/s，而電子電導(dǎo)率為3.28mS/cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普LiFeP04的電導(dǎo)率(<10-9S/cm)。納米層狀結(jié)構(gòu)的LiFeP04顆粒表現(xiàn)出了顯著的循環(huán)性能和可逆性。

　　結(jié)語(yǔ)

　　采用離子摻雜、包覆、材料納米化3種改性方法對(duì)磷酸鐵鋰正極材料在電導(dǎo)率低、鋰離子擴(kuò)散速率慢、低溫放電性能差等方面的不足有很大的改進(jìn)。其中離子摻雜通過(guò)摻雜導(dǎo)電性好的離子，改變了顆粒大小，造成材料的晶格缺陷，從而提高了材料電子的電導(dǎo)率和鋰離子的擴(kuò)散率;包覆主要以碳包覆為主，抑制LiFeP04晶粒的長(zhǎng)大，增大了比表面積，從而增強(qiáng)粒子間和表面電子的導(dǎo)電率;材料的納米化一方面增大了材料的比表面積，為界面反應(yīng)提供更多的擴(kuò)散通道，另一方面，縮短了離子擴(kuò)散的距離，減小了鋰離子在脫嵌時(shí)的應(yīng)力，提高循環(huán)壽命。

　　此外，磷酸鐵鋰正極材料改性方面仍存在一些不足，如離子摻雜改進(jìn)材料的導(dǎo)電率和鋰離子擴(kuò)散速率方面仍存在分歧;納米材料的制備工藝、生產(chǎn)成本要求較高;此外，除了考慮實(shí)驗(yàn)室條件下的可行性研究外，還要考慮大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)要求，這些都有待于進(jìn)一步研究。因此，通過(guò)以上方法來(lái)全面提高磷酸鐵鋰的綜合性能仍然是當(dāng)前和今后該領(lǐng)域研究和應(yīng)用的主要發(fā)展方向之一。