如何提高磷酸铁锂电池材料的性能

碳涂层的还是纳米的?磷酸铁锂材料的改性途径

磷酸铁锂正极材料理论比容量为170mA/g，电压平台为3.2V。具有原料来源丰富、无毒、环保、安全性高、比容量大、循环性能稳定、价格低廉等优点。被认为是锂离子动力电池的理想正极材料。但由于自身结构的限制，以LiFePO4为正极材料的锂离子电池导电性差，锂离子扩散速度慢，低温条件下放电性能差，制约了其大规模工业化生产LiFePO4正极材料．

磷酸铁锂的基本结构

磷酸铁锂正极材料具有正交橄榄石结构，为pnma空间群，如图所示。LiFePO4结构在c轴方向呈链状，1个PO4四面体与1个FeO6八面体和2个LiO6八面体共缘，形成三维网络结构。

结构上，PO4四面体位于FeO6层之间，一定程度上阻碍了锂离子的扩散。此外，共有顶点的FeO6八面体具有相对较低的电子导电性。这使得磷酸铁锂只能以很小的放电速率充放电，而在大倍率放电条件下，内部锂离子来不及移出，电化学极化较大。

图1 LiFePO4晶体结构示意图

磷酸铁锂材料的改性

1.掺杂的方法

主要是指在磷酸铁锂晶格中的阳离子位置掺杂一些导电金属离子，改变晶粒的尺寸，引起材料的晶格缺陷，从而提高了晶粒中电子的导电性和锂离子的扩散。这一速率进而实现了提高LiFePO4材料性能的目标。目前，掺杂金属离子主要有Ti4+、Co2+、Zn2+、Mn2+、La2+、V3+、Mg2+等。掺杂量很重要，过量掺杂会引起材料内部结构的变化，从而改变材料的性能。

2.碳涂层

(1)一是添加碳粉将原料按一定配比，均匀混合后，在高温还原气氛下进行反应;

(2)另一种是在LiFePO4前驱体中加入有机化合物，在高温还原气氛中反应，使有机物质热解生成碳，在形成LiFePO4的同时在表面形成碳涂层。通常，所选择的有机物只含有碳、氢和氧三种元素，以确保没有其他杂质原子混入。

3.材料nanocrystallization

通过制备纳米颗粒，减小锂离子的扩散距离，是提高锂离子扩散速率的最佳方法。目前，降低LiFePO4颗粒尺寸的方法主要有机械方法球磨机Ing，控制煅烧温度，使用高比表面积的超细导电颗粒作为成核促进剂，合成时使用均匀的前驱体，碳涂层限制晶体生长。

总结

目前，随着LiFePO4工业的发展，LiFePO4改性技术也在不断发展，改性方法也不单一。针对LiFePO4的各种性能和结构缺陷，结合了材料纳米化、碳化等多种改性方法。结合涂层和离子掺杂方法进行改性研究，可获得综合的电化学性能。

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