中國粉體網訊  磷酸鐵鋰作為新一代鋰離子電池正極材料，具有價格低、工作電壓穩(wěn)定、無毒環(huán)保、結構穩(wěn)定、安全可靠、熱穩(wěn)定性好、循環(huán)壽命長等特點。同樣存在離子電導率低，低溫性能差和振實密度小等缺點。

碳包覆和離子摻雜技術的缺陷

研究者們嘗試各種辦法來提高磷酸鐵鋰的性能，比如碳包覆和離子摻雜技術。盡管通過碳包覆和離子摻雜技術來解決離子電導率低的問題，可以在一定程度上改善磷酸鐵鋰的低溫性能，但是碳包覆技術會造成材料的振實密度減小，導致容量密度和加工性能惡化。離子摻雜可以提高磷酸鐵鋰的電導率，但是金屬離子會阻塞鋰離子的擴散通道，從而會降低磷酸鐵鋰的離子擴散速率。

還有沒有其他辦法可以綜合提高磷酸鐵鋰性能呢？——球形化。

球形化的優(yōu)勢

磷酸鐵的顆粒具有多種形貌，其中球狀顆粒具有體積比容量高、堆積密度大等優(yōu)點，甚至可以解決現(xiàn)有磷酸鐵鋰的制備方法制成的磷酸鐵鋰振實密度低、導電率低、形狀不規(guī)則、性能不穩(wěn)定等問題。

有研究者以常見的球形和非球形形貌磷酸鐵鋰作為研究對象，探討了磷酸鐵鋰形貌與電池內阻等特性之間的關系，通過實驗，得出以下結論：

①形貌對磷酸鐵鋰電池內阻具有顯著影響。相比非球形磷酸鐵鋰，球形形貌磷酸鐵鋰電池內阻降低了17.4mΩ；

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移阻抗和鋰離子擴散阻抗較低；

③內阻降低對磷酸鐵鋰電池倍率性能提升效果明顯。低內阻的球形磷酸鐵鋰電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。

此外，球形化的磷酸鐵鋰具有較高的振實密度，優(yōu)異的流動性、分散性和工藝性能，較低的界面能，比能量較高。十分有利于制作正極材料漿料、電極的涂覆和提高電極片的品質。

如何得到球形化的磷酸鐵鋰？

①用高密度球形FePO₄前驅體合成球形LiFePO₄顆粒

由于LiFePO₄電化學脫鋰得到的產物FePO₄的結構與LiFePO₄極為相近，都屬于斜方晶系，擁有相同的空間群Pnmb且兩者體積僅相差6.8%。因鋰脫嵌前后的材料結構和體積幾乎不變，故在以FePO₄為原料制備LiFePO₄過程中，F(xiàn)ePO₄前驅體的結構及形貌對LiFePO₄產品的性能有很大的影響。

制得高密度球形前驅體是得到高密度球形產物的有效途徑之一。先合成高密度球形FePO4前驅物，再與其他原料混合均勻，通過高溫反應，使鋰通過球形前驅體顆粒表面的微孔向各方向均勻、同步地滲入前驅體的中心，保持球形形貌。此方法中，球形前驅體可以消除反應過程中由于擴散途徑不同引起的微觀組分差異，生成組成均勻的LiFePO₄，從而提高材料的性能。

②噴霧干燥法制備球形LiFePO₄顆粒

噴霧干燥（熱解）法是將各金屬鹽按制備復合型粉末所需的化學計量比配成前驅體溶液，經霧化器霧化后，由載氣帶入設定溫度的反應爐中，在反應爐中瞬間完成溶劑蒸發(fā)、溶質沉淀形成固體顆粒、顆粒干燥、顆粒熱分解和燒結成型等一系列的過程，最后形成規(guī)則的球形粉末顆粒。

③熔鹽法制備球形LiFePO₄顆粒

熔鹽法通常采用一種或數(shù)種低熔點的鹽類作為反應介質，合成過程會出現(xiàn)液相，反應物在其中有一定的溶解度，這大大加快了反應物離子的擴散速率，使反應物在液相中實現(xiàn)原子尺度混合，反應就由固-固反應轉化為固-液反應。反應結束后，采用合適的溶劑將鹽類溶解，經過濾洗滌后即可得到合成產物。

磷酸鐵鋰的形貌和粒度控制工藝通常很復雜，要想穩(wěn)定大批量制備具有特定形貌和粒徑分布的材料還存在一定的難度。但這不失為一個可以努力探索的方向。

參考來源：

陳壘.球形磷酸鐵鋰材料的制備及其18650電池的測試

侯月朋.形貌對磷酸鐵鋰電池內阻特性影響

中國粉體網.如何提高磷酸鐵鋰材料的振實密度

羅喆.磷酸鐵的合成與粒度控制

（中國粉體網編輯整理/墨玉）

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