锂电正极材料磷酸铁锂的改性方法有哪些

锂离子电池是高容量可充电电池，其正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴三元材料及磷酸铁锂等。磷酸铁锂价格低廉、安全性高、循环性能稳定、放电平台平稳，且对环境友好，被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。

解决磷酸铁锂电导率低等问题最好的办法是进行改性处理，改性的方法包括金属包覆、粒径控制、金属离子掺杂，以及掺杂导电碳或在磷酸铁锂颗粒表面包覆碳等多种方法。

掺杂改性

磷酸铁锂的掺杂改性可同时掺杂一种或多种元素，在晶格氧位、磷位、铁位、锂位中的一个或多个母体位进行。掺杂能够提高锂离子的扩散速率和导电性能，降低电池内阻，使磷酸铁锂和磷酸铁两相相互转换更加完善，进而提高材料的循环性能和倍率性能。

1、碳掺杂

碳具备优良的导电性能和较低的质量密度，在磷酸铁锂中掺杂少量的碳可改善材料的导电性能，降低材料的粒径尺度。

2、金属掺杂

在磷酸铁锂中掺杂金属离子可提高磷酸铁锂颗粒的内部导电性，金属离子进入晶体后，会使材料内部晶格缺陷，从而在根本上提高材料的导电性能。和碳掺杂或碳包覆相比，金属离子掺杂不会降低材料的振实密度，有利于提高磷酸铁锂电池的能量密度。

3、粒径控制

减小磷酸铁锂的颗粒尺寸有助于缩短充放电过程中锂离子的扩散路径，提高锂离子的扩散速率和大电流充放电性能。但粒径太小会降低材料的振实密度，增大材料的比表面积，不利于加工电极和提高电池能量密度。

表面包覆改性

表面包覆改性不仅可以提高材料粒子间的电子导电率，减少电池极化，还可为磷酸铁锂正极材料提供电子隧道，补偿锂离子在嵌脱过程中的电荷平衡。

1、碳包覆技术

原料混合式加入是指直接加入碳或热解后可以转变成碳的物质，如石墨、炭黑、蔗糖、白糖、葡萄糖、柠檬酸、乙炔黑、聚乙烯、石墨烯、β-环糊精、聚乙烯醇等。烧结结束时加入是指在磷酸铁锂烧结结束后的降温阶段对其喷洒甲醇，甲醇受热分解碳化，在磷酸铁锂表面形成碳膜。

碳具有良好的导电性，且价格廉价。碳包覆磷酸铁锂能够提高磷酸铁锂的导电性能，但会降低材料的振实密度，导致材料的体积比容量下降。

2、金属包覆技术

在磷酸铁锂材料表面包覆金属粒子可提高材料的导电性，减小颗粒之间的阻抗，从而提高材料的比容量。可利用银镜反应在磷酸铁锂表面镀银，也可直接在混料时加入银或铜的颗粒。

3、导电有机物包覆技术

可在磷酸铁锂的表面聚合聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等导电有机物。

通过表面包覆碳或金属粉末等来制备磷酸铁锂复合材料只能改善磷酸铁锂活性颗粒间的导电性，并不能够改善磷酸铁锂颗粒内部的导电性。当颗粒直径小于200nm时，表面包覆导电材料的磷酸铁锂才具有较好的大电流放电性能和高容量的充放电性能。

由于磷酸铁锂的结构稳定性，在安全性和循环性能方面具有无可比拟的优势，因此，采用磷酸铁锂做正极材料的电池可广泛应用于多个领域。

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