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磷酸铁锂比重(磷酸铁锂理论密度)

磷酸铁锂比重(磷酸铁锂理论密度) 如何提高磷酸亚铁锂材料的振实密度

  磷酸铁锂作为常用的锂离子电池正极材料以其安全性能好、循环性能优异、环境友好、原料来源丰富等优点,成为当前锂离子电池正极材料的研究热点之一。但是磷酸铁锂的缺点也制约着它的发展,振实密度低、实际比容量低是其相对于另一大热的正极材料三元材料的一大短板。

下面介绍几种提高磷酸亚铁锂振实密度的方法。

1合成方法

目前制备磷酸亚铁锂的方法很多,不同的制备方法对磷酸亚铁锂的振实密度影响很大。不规则的粉体颗粒不能紧密堆积,如果合成的LiFePO4粉体颗粒形貌不规则,产品的振实密度会很低。一般来说,由规则球形颗粒组成的粉末具有较高的振实密度,因为它不会发生团聚和颗粒桥联。获得规则球形颗粒的方法如下:

①用高密度球形磷酸铁前驱体合成球形磷酸铁锂颗粒

制备高密度球形前驱体是获得高密度球形产品的有效途径之一。首先合成高密度球形FePO4前驱体,然后将其与其他原料混合均匀。通过高温反应,锂通过球形前驱体颗粒表面的微孔向各个方向均匀同步地渗透到前驱体的中心,保持球形。该方法中,球形前驱体可以消除反应过程中扩散路径不同造成的微观成分差异,生成成分均匀的LiFePO4,从而提高材料的性能。

②喷雾干燥法制备球形磷酸亚铁锂颗粒

喷雾干燥(热解)法是将各种金属盐按照制备复合粉体所需的化学计量比制备前驱体溶液。在通过雾化器雾化后,前驱体溶液通过载气被带入具有设定温度的反应炉中。在反应炉中瞬间完成溶剂蒸发、溶质沉淀形成固体颗粒、颗粒干燥、颗粒热分解、烧结成型等一系列过程,最终形成规则的球形粉末颗粒。

③熔盐法制备球形磷酸亚铁锂颗粒

熔融法通常使用一种或几种低熔点的盐作为反应介质。合成过程中会出现液相,反应物在其中有一定的溶解度,大大加快了反应物离子的扩散速度,使反应物在液相中达到原子尺度的混合,反应由固-固反应转变为固-液反应。反应后,将盐溶解在合适的溶剂中,过滤和洗涤后可获得合成产物。

2粒度分布

磷酸铁锂的振实密度与颗粒尺寸有密切关系。如果由球形颗粒组成的粉体具有理想的粒径分布,使小颗粒尽可能地填充大颗粒之间的空间隙,则可以进一步提高其振实密度,有利于提高电池的体积比容量。研究表明,纳米磷酸铁锂的振实密度普遍较低,而微米磷酸铁锂的振实密度较高。

多孔材料可以达到很高的振实密度:颗粒大的产品振实密度一般更高,但也会导致锂离子在固体材料中的扩散路径更长,材料的电化学性能也会变差。发现多孔LiFePO4具有相互连通的三维孔道,孔间距为纳米级。孔隙间相互连通的三维通道缩短了锂离子的脱嵌距离。此外,多孔材料独特的微观结构使材料具有更大的比表面积,可以使材料与电解液充分接触,增加锂离子的扩散面积,提高锂离子的迁移率,有助于解决LiFePO4扩散系数小导致的电化学性能差的问题。由于在多孔材料的制备中均获得了尺寸大、形貌好的颗粒,因此多孔材料既保证了材料的高振实密度,又具有良好的电化学性能。

3碳涂层

结果表明,碳包覆可以提高磷酸亚铁锂颗粒的导电性,改善其电化学性能。但是过量的碳会严重降低LiFePO4的振实密度。选择合适的碳源,改进制备工艺,可以使碳涂层更加均匀,从而提高材料的振实密度。

4金属离子掺杂

金属离子掺杂是用金属离子掺杂LiFePO4,改变其晶格结构,从而提高其自身的导电性。近年来,一些研究表明,掺杂某些种类的金属离子可以提高材料的振实密度,从而增加LiFePO4的体积比容量。

目前,在提高磷酸亚铁锂振实密度方面已经取得了一些进展,但仍存在一些问题。LiFePO4的形貌和粒度控制过程通常非常复杂,因此很难大量制备具有特定形貌和粒度分布的材料。而且不同的制备工艺和原料对LiFePO4的振实密度也有很大的影响,因此有必要继续探索简单、低成本的可以控制LiFePO4材料形貌和粒度分布的制备方法。

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