高效振動平臺 提高磷酸鐵鋰材料的振實密度
下面介(jie)紹一些(xie)改善磷酸鐵鋰振實密度的途徑。
1 合成(cheng)方法(fa)
目前(qian)制(zhi)備(bei)(bei)LiFePO4方(fang)(fang)法很多，不同制(zhi)備(bei)(bei)方(fang)(fang)法對(dui)LiFePO4的(de)振實密度影響很大。不規則的(de)粉(fen)末(mo)顆(ke)粒不能緊(jin)密堆積，如果(guo)合(he)成的(de)LiFePO4粉(fen)末(mo)顆(ke)粒為不規則形(xing)(xing)貌，會(hui)(hui)造成產物(wu)的(de)振實密度很低(di)。一般(ban)來(lai)說，由規則的(de)球形(xing)(xing)顆(ke)粒組成的(de)粉(fen)體，因(yin)其不會(hui)(hui)有(you)團(tuan)聚和粒子架橋現象，從而具有(you)較高的(de)振實密度。得到規則球形(xing)(xing)顆(ke)粒的(de)方(fang)(fang)法如下：
①用高密度球(qiu)形FePO4前驅體合成球(qiu)形LiFePO4顆粒(li)
制得(de)高(gao)(gao)密度(du)球(qiu)形(xing)(xing)前(qian)驅(qu)(qu)體(ti)(ti)(ti)是(shi)得(de)到(dao)高(gao)(gao)密度(du)球(qiu)形(xing)(xing)產物(wu)的(de)有(you)效途(tu)徑之一。先合(he)成(cheng)高(gao)(gao)密度(du)球(qiu)形(xing)(xing)FePO4前(qian)驅(qu)(qu)物(wu)，再與其他原料(liao)混合(he)均(jun)勻(yun)，通過高(gao)(gao)溫(wen)反應(ying)，使鋰通過球(qiu)形(xing)(xing)前(qian)驅(qu)(qu)體(ti)(ti)(ti)顆粒表(biao)面的(de)微(wei)孔向各(ge)方(fang)向均(jun)勻(yun)、同步地(di)滲(shen)入前(qian)驅(qu)(qu)體(ti)(ti)(ti)的(de)中心，保持球(qiu)形(xing)(xing)形(xing)(xing)貌。此方(fang)法中，球(qiu)形(xing)(xing)前(qian)驅(qu)(qu)體(ti)(ti)(ti)可以消(xiao)除反應(ying)過程(cheng)中由于擴散途(tu)徑不(bu)同引起的(de)微(wei)觀組(zu)分差(cha)異，生成(cheng)組(zu)成(cheng)均(jun)勻(yun)的(de)LiFePO4，從而提(ti)高(gao)(gao)材料(liao)的(de)性能。
②噴霧(wu)干燥法制備(bei)球形LiFePO4顆粒
噴霧(wu)干燥(zao)(熱(re)解(jie))法(fa)是(shi)將各金屬鹽按制備復合型粉(fen)末(mo)所需的(de)化(hua)學計量比配成前驅體(ti)(ti)溶液，經(jing)霧(wu)化(hua)器(qi)霧(wu)化(hua)后(hou)，由載氣帶入(ru)設定溫度的(de)反(fan)應(ying)爐(lu)中，在反(fan)應(ying)爐(lu)中瞬(shun)間完成溶劑蒸發、溶質沉淀(dian)形成固體(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒、顆(ke)(ke)粒干燥(zao)、顆(ke)(ke)粒熱(re)分解(jie)和燒結成型等一系列的(de)過程，后(hou)形成規(gui)則的(de)球(qiu)形粉(fen)末(mo)顆(ke)(ke)粒。
③熔鹽法制(zhi)備球形LiFePO4顆粒(li)
熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)法通常(chang)采用一種或數種低熔(rong)(rong)點的鹽(yan)(yan)類(lei)作為反應(ying)(ying)(ying)(ying)介質(zhi)，合(he)成過程會出現液相(xiang)，反應(ying)(ying)(ying)(ying)物在其中有一定的溶解度(du)，這(zhe)大(da)(da)大(da)(da)加快了反應(ying)(ying)(ying)(ying)物離子的擴(kuo)散速率，使反應(ying)(ying)(ying)(ying)物在液相(xiang)中實現原(yuan)子尺(chi)度(du)混合(he)，反應(ying)(ying)(ying)(ying)就(jiu)由固-固反應(ying)(ying)(ying)(ying)轉(zhuan)化為固-液反應(ying)(ying)(ying)(ying)。反應(ying)(ying)(ying)(ying)結束后(hou)，采用合(he)適的溶劑(ji)將鹽(yan)(yan)類(lei)溶解，經過濾洗(xi)滌后(hou)即可得到(dao)合(he)成產物。
2 粒(li)徑分布(bu)
高(gao)效振(zhen)(zhen)動平(ping)臺(tai) 提(ti)高(gao)磷酸鐵鋰(li)材料的(de)振(zhen)(zhen)實密(mi)度。如果由球形(xing)顆(ke)粒(li)組成的(de)粉體(ti)具有理想的(de)粒(li)徑分(fen)布，使得小顆(ke)粒(li)能盡量填補(bu)大顆(ke)粒(li)之間的(de)空(kong)隙，則可以(yi)進一步提(ti)高(gao)其振(zhen)(zhen)實密(mi)度，從而有利于提(ti)高(gao)電(dian)池的(de)體(ti)積比容量。研究表(biao)明，納米級別(bie)的(de)LiFePO4振(zhen)(zhen)實密(mi)度一般較低， 而微米級別(bie)的(de)LiFePO4具有較高(gao)的(de)振(zhen)(zhen)實密(mi)度。
多孔(kong)(kong)材(cai)料(liao)可以(yi)實現高的(de)(de)(de)振實密度(du)：大顆(ke)粒的(de)(de)(de)產(chan)物振實密度(du)一般較高，但也會導致鋰(li)離(li)子在(zai)固體材(cai)料(liao)中的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)路徑變長(chang)，材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)化學性能也變差(cha)。研究發(fa)現多孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)LiFePO4具(ju)有相(xiang)互連接的(de)(de)(de)三維孔(kong)(kong)通(tong)道，且孔(kong)(kong)之間的(de)(de)(de)距離(li)是納(na)米級的(de)(de)(de)，孔(kong)(kong)隙之間相(xiang)互連接的(de)(de)(de)三維通(tong)道縮短了(le)鋰(li)離(li)子的(de)(de)(de)脫(tuo)嵌(qian)距離(li);且多孔(kong)(kong)材(cai)料(liao)這種獨(du)特的(de)(de)(de)微觀結構，使(shi)材(cai)料(liao)具(ju)有更大的(de)(de)(de)比(bi)表(biao)面積，可使(shi)材(cai)料(liao)與電(dian)(dian)解(jie)液充分接觸，增大了(le)鋰(li)離(li)子的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)面積，提高了(le)鋰(li)離(li)子的(de)(de)(de)遷(qian)移速率，有利(li)于解(jie)決LiFePO4擴(kuo)散(san)系數小所導致的(de)(de)(de)電(dian)(dian)化學性能差(cha)的(de)(de)(de)問題。由于制備多孔(kong)(kong)材(cai)料(liao)時(shi)得到的(de)(de)(de)都(dou)是尺寸(cun)較大且形貌良(liang)好的(de)(de)(de)顆(ke)粒，所以(yi)多孔(kong)(kong)材(cai)料(liao)在(zai)保證了(le)材(cai)料(liao)有較高振實密度(du)的(de)(de)(de)同時(shi)，也能具(ju)有良(liang)好的(de)(de)(de)電(dian)(dian)化學性能。
3 碳包覆
研究表明碳(tan)包(bao)覆能增強LiFePO4顆粒之間的(de)導電(dian)(dian)性(xing)，使其電(dian)(dian)化學性(xing)能有明顯(xian)改善。但是(shi)過量的(de)碳(tan)將嚴重(zhong)降低LiFePO4的(de)振實密(mi)度。選擇合適(shi)的(de)碳(tan)源，改進制(zhi)備工藝，都可以使碳(tan)包(bao)覆層更加均勻，從而提高材料的(de)振實密(mi)度。
4 金屬離(li)子(zi)摻雜
金屬離子摻雜是在LiFePO4中摻雜金屬離子,改變其晶格結構,從而提高其自身的導電能力。高效振動平臺 提高磷酸鐵鋰材料的振實(shi)密度，摻雜特定種類的金屬離子(zi)能提高材料的振實(shi)密度，從而提高LiFePO4的體積(ji)比容量。
目前(qian)在(zai)提高LiFePO4振實密度(du)(du)的(de)(de)研究(jiu)方面取(qu)得了(le)一定(ding)的(de)(de)進展，但還存在(zai)一些(xie)問題。LiFePO4的(de)(de)形貌和(he)粒度(du)(du)控制(zhi)工藝通常很(hen)復雜(za)，要想穩定(ding)大(da)批量制(zhi)備(bei)具有特定(ding)形貌和(he)粒徑分布的(de)(de)材料(liao)存在(zai)一定(ding)的(de)(de)難度(du)(du)。且(qie)不同的(de)(de)制(zhi)備(bei)工藝，不同的(de)(de)原料(liao)對(dui)LiFePO4的(de)(de)振實密度(du)(du)也(ye)有很(hen)大(da)影響，因此需要繼(ji)續探索出簡單、低成本且(qie)能控制(zhi)LiFePO4材料(liao)的(de)(de)形貌和(he)粒徑分布的(de)(de)制(zhi)備(bei)方法。
