复合导电添加剂对磷酸铁锂电池性能的影响有哪些？

磷酸铁锂材料由于具有成本低、环境相容性好、比容量较高、稳定性好等优点，成为一种极具应用潜力的锂离子电池正极材料。由于磷酸铁锂材料的导电率低，在配料时需加入一定量的导电剂，导电剂比表面积大，单位质量颗粒多，有利于在电极中开成链式导电网络，从而提高电极的导电率，有助于磷酸铁锂的容量发挥和降低电池极化内阻。

常规生产中，一般采用SP 和KS-6导电添加剂来提高极片的导电性和改善极片的柔韧性。碳纳米管（CNT）的电导率较高且具有一维结构，以碳纳米管为导电添加剂可以显著提高正极的导电性。与颗粒状导电剂相比，纤维状导电剂，如气相法生长碳纤维、碳纳米管等，有较大的长径比，有较大的比表面积和好的导电导热性能，有利于形成导电网络，且导电性更好。实验表明，若在纤维状导电剂中加入颗粒状导电剂，就可以相得益彰，发挥每种材料的优势。

Thorat等人以碳纤维（CF）为导电添加剂，电极构成为8%碳纤维、84%磷酸铁锂和8%聚偏氟乙烯，制作的2048型电池最大充电比功率为3882W/kg；锂等通过固相混合了碳纳米管、磷酸铁锂粉体和粘结剂，所得电极在0.1C的放电比容量比加碳纤维时约高20mAh/g，在1.0C倍率下放电比容量超过146 mAh/g。

北京理工大学的邓龙征、吴锋等专家提出，在磷酸铁锂电池正极材料中采用1%CNT + 3%super P +1% KS-6复合添加剂，可以发挥复合添加剂的协同作用，可以有效提高电芯的整体性能。实验数据表明，电芯分容比容量达到146.32 mAh/g，高于采用CNT + super P复合添加剂的电芯分容比容量139.06 mAh/g；前者电芯分容后内阻平均值为1.0mΩ，而后者是3.25mΩ。此外，添加CNT + SP +KS-6复合添加剂电芯的自放电小，电池循环性能优良，电池经过2165次循环，容量保持率为91.78%，电池循环寿命预计可达4000以上（80%DOD），可以满足动力电池和储能电池的需求。磷酸铁锂颗粒的形貌、颗粒尺寸和颗粒尺寸的均匀性会对其电学性能产生很大的影响。通过实验，其得出结论如下：

 

（1）形貌对磷酸铁锂电池内阻具有显著影响。相比非球形磷酸铁锂，球形形貌磷酸铁锂电池内阻降低了17.4 mΩ；

 

（2）磷酸铁锂形貌能够影响电池的交流阻抗。球形磷酸铁锂电池的电荷转移阻抗和锂离子扩散阻抗较低；

 

（3）内阻降低对磷酸铁锂电池倍率性能提升效果明显。低内阻的球形磷酸铁锂电池表现出优异的倍率性能。

此外，相比片状、粒状和无规则形貌的粉体，球形的颗粒组成的粉体具有较高的堆积密度。而且，球形颗粒具有优异的流动性、分散性和工艺性能，十分有利于制作正极材料浆料和电极的涂覆，提高电极片的品质。最近的研究表明，与无规则形貌的粉末相比，球形颗粒的粉末具有较低的界面能、比能量较高等特点。

 

球形磷酸铁锂粉体的制备

 

由于球形颗粒所具有的优势，制备球形的磷酸铁锂粉体因此成为一个研究热点。例如，科研人员利用超声喷雾热分解法制备了颗粒尺寸分布均匀的球形磷酸铁锂颗粒，同时溶盐法和水热法也被用来制备球形的磷酸铁锂粉体。

 

李祥在实验中通过两步法合成了纳米单分散的球形磷酸铁锂粉体。第一步，首先通过溶胶凝胶法合成了纳米单分散的磷酸铁粉体，并研究了溶液中铁离子的浓度和溶液的反应时间对纳米单分散的磷酸铁粉体颗粒形貌的影响。结果表明，随着溶液中铁离子的浓度的升高，纳米磷酸铁的颗粒尺寸减小，但是颗粒尺寸的均匀性没有太大的改变；而随着反应时间的延长，颗粒尺寸的分布开始改善。第二步，使用固相法将第一步中制备好的磷酸铁和氢氧化锂混合最终成功制备了纳米球形单分散的磷酸铁锂粉体。

 

在第二步过程中，选取不同的前驱体FePO4和FePO4•2H2O来制备纳米球形磷酸铁锂颗粒。结果发现：以FePO4为前驱体制备磷酸铁锂时，磷酸铁颗粒的球形形貌在第二步煅烧中遭到了破坏，无法继承其球形的形貌；而以FePO4•2H2O为前驱体制备磷酸铁锂时，磷酸铁颗粒的球形形貌可以在第二步煅烧中得到继承。