关于动力锂离子电池正极材料的研究
来源：宝鄂实业
2020-04-12 21:24
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电力锂离子电池的安全性
对于动态锂离子电池，要有效地解决其安全问题，主要从以下几个方面进行:合理设计电池的热效应，有效地防止热控制在不合理使用的情况下，并找到安全的电解液和正极材料。
随着大容量动态锂离子电池的应用，其短路、工艺等安全问题越来越突出，这是动态锂离子电池在大规模、多领域应用中需要克服的一大难题。动态锂离子电池存在自爆、电火花、漏液等安全问题，严重阻碍了动态锂离子电池在实际应用中的进展。
随着新型动力锂离子电池材料的不断发展，安全性能也有了新的进展。因此，如何开发和制备新型动力锂离子电池材料对提高动力锂离子电池的安全性能具有重要意义。
2. 锂离子电池正极材料
电力锂离子电池常用的正极材料有锂离子2、锂离子2、镍钴锰锂氧等。虽然这些材料具有高容量密度的优点，但其安全性普遍较差，存在较大的安全隐患。目前，新型阳极材料的研究取得了很大的进展，主要包括以下几个方面。
2.1磷酸亚铁锂
磷酸亚铁锂的理论容量为170毫安时/克，充放电电压为3.5伏特。它比传统的锂电池正极材料更广泛、更便宜、更环保。正极材料为磷酸亚铁锂，电池热稳定性高，安全性高，循环性能好。因此，磷酸亚铁锂可以作为一种非常安全的动态锂离子电池材料。
2.1.1磷酸亚铁锂的合成方法
磷酸亚铁锂的合成方法很多，如下表所示，分别指出了各自的优缺点。详见表1。
2.1.2磷酸亚铁锂的改性
磷酸亚铁锂虽然安全，但也存在一些致命的缺陷，如电子导电性低、离子扩散慢、体积能密度低。这些都影响了磷酸亚铁锂的实用性，需要对其进行改进。学者们对此进行了大量的研究，并取得了很大的进展。
(1)添加导电材料
为了提高磷酸亚铁锂的电导率，可以加入导电材料。它可以涂上金属或碳。在磷酸亚铁锂中涂覆或分散碳不仅可以增强颗粒间的电导率，降低电池的极化，还可以提供磷酸亚铁锂电子隧道来补偿电荷平衡，因此成为学者[2]的首选改性方法。
采用机械活化的方法，在氮气的保护下，经600度烧结10小时合成包覆磷酸亚铁锂。Croce等人用1%的铜和银包覆磷酸亚铁锂，通过x射线能谱分析，得到金属分散在磷酸亚铁锂周围。分散在磷酸亚铁锂中的金属提供了导电桥，增加了颗粒与颗粒之间的电导率，提高了磷酸亚铁锂的容量。
(2)金属元素掺杂
虽然碳与金属颗粒包覆的方法有效地改变了颗粒之间的电导率，但对磷酸亚铁锂颗粒内部的电导率没有影响。当磷酸亚铁锂的粒度较大时，很难得到电流大、容量大的产品。然而，金属掺杂方法在一定程度上会导致晶格缺陷，因此可以调节材料的电导率。
(3)球形磷酸亚铁锂的制备
为了实现锂离子电池的高能量比，要求电池材料具有高密度和比容量，而密度与颗粒形貌和颗粒大小有关。如果形状不规则，则会出现严重的颗粒桥接。然而，用规则的球形颗粒填充可以有效地避免颗粒间接触面小造成的桥接现象。因此，研制球形磷酸亚铁锂负极材料是提高填料密度和比容量的有效方法。
