提升磷酸鐵鋰電池性能的方法

雖然磷酸鐵鋰（LiFePO）與其它鋰離子電池正極材料相比，更加安全、更加環(huán)保、成本更加低廉，但是仍然存在著致命的弱點(diǎn)：一是電導(dǎo)率低，大電流放電性能較差；二是振實(shí)密度低，電池容量和能量密度低。那么提升磷酸鐵鋰電池性能的方法有哪些呢？

1、碳具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，在磷酸鐵鋰的合成過程中，摻雜或包覆導(dǎo)電碳是一種提高磷酸鐵鋰導(dǎo)電性能的簡(jiǎn)單而有效的辦法。加入少量的碳，一方面通過碳與LifePO；的直接接觸增強(qiáng)顆粒之間的電子傳導(dǎo)能力，提高磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能；另一方面可以在一定程度上抑制LiFePO，顆粒的生長(zhǎng)，降低顆粒粒徑，縮短充放電過程中Lit的擴(kuò)散路徑，間接提高磷酸鐵鋰的倍率特性。摻雜或包覆碳所使用的碳源分為無機(jī)碳源和有機(jī)碳源，無機(jī)碳源有乙炔黑、石墨、SP等各種形式的炭材料，有機(jī)碳源有葡萄糖、蔗糖、檸檬酸、聚丙烯、聚乙烯醇等有機(jī)物和高分子。碳的密度較低，在提高磷酸鐵鋰導(dǎo)電性的同時(shí)也會(huì)降低它的振實(shí)密度，因此，在保證導(dǎo)電性的同時(shí)碳的加入量越少越好。

2、在磷酸鐵鋰中摻雜金屬離子，是提高磷酸鐵鋰顆粒內(nèi)部導(dǎo)電性的有效手段之一。摻雜金屬離子進(jìn)入晶體后，會(huì)造成材料內(nèi)部晶格缺陷，從而在根本上提高材料的導(dǎo)電性能。和碳摻雜或碳包覆相比，金屬離子摻雜不會(huì)降低材料的振實(shí)密度，有利于提高磷酸鐵鋰電池的能量密度。

降低顆粒粒徑至納米級(jí)，改善可逆容量和循環(huán)性能，引入稀土離子是提高磷酸鐵鋰材料電化學(xué)性能的有效方法。

3、減小磷酸鐵鋰的顆粒尺寸有助于縮短充放電過程中鋰離子的擴(kuò)散路徑，增大鋰離子的擴(kuò)散速率，提高大電流充放電性能。采用液相化學(xué)合成方法（如共沉淀法、溶膠-凝膠法）有利于減小顆粒尺寸。但是粒徑太小會(huì)降低材料的振實(shí)密度，增大材料的比表面積，不利于電極的加工和電池能量密度的提高。適度控制材料的顆粒尺寸，是優(yōu)化材料綜合性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。

改性的方法包括摻雜導(dǎo)電碳或在磷酸鐵鋰顆粒表面包覆碳、金屬包覆、金屬離子摻雜和粒徑控制等。目前研究較多的仍然是碳摻雜（或包覆）與金屬離子摻雜，包覆能將電導(dǎo)率提高到10-S/cm左右，摻雜更是能將電導(dǎo)率提高8倍，高倍率充放電性能得到改善，在一定程度上抑制了容量衰減。磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化的實(shí)踐也證明了碳摻雜（或包覆）與金屬離子摻雜能解決磷酸鐵鋰電導(dǎo)率低的問題。