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磷酸铁锂电池的劣势以及弥补方法

2022-08-13

磷酸铁锂电池

一、磷酸铁锂电池的劣势

1、导电性差:目前在实际生产过程中,通过在前驱体中加入有机碳源和高价金属离子,通过掺杂来提高材料的导电性,研究研究表明,磷酸铁锂的导电率提高了7个数量级,使磷酸铁锂具有与钴酸锂相似的导电特性。

2、锂离子的扩散速度慢。目前的解决方案主要包括纳米尺寸的LiFePO晶粒,从而减少锂离子在晶粒中的扩散距离,通过掺杂改善锂离子的扩散通道。

3、振实密度低。一般只能达到0.8-1.3,振实密度低可以说是磷酸铁锂最大的缺点。但这个缺点在动力电池中不会突出。因此,磷酸铁锂主要用于制造动力电池。

4、磷酸铁锂电池低温性能较差。容量保持率0℃时约为60~70%,-10℃时为40~55%,-20℃时为20~40%。这样的低温性能显然不能满足电源的使用要求。目前,一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能、改进电芯结构设计等方法,提高了磷酸铁锂的低温性能。

5、电子电导率低,离子扩散系数低,振实密度低,合成成本略高

二、弥补磷酸铁锂电池的短板方法

弥补磷酸铁锂缺点的方法有:碳包覆以提高电子导电性、添加金属颗粒、用导电有机物包覆、掺杂金属离子以提高电子导电性、合成小粒径材料以减小扩散距离、合成粒径可控的准球形颗粒。

1、碳涂层技术

原料混合添加

(1)直接加碳:石墨、炭黑、乙炔黑等;

(2)热解后可转化为碳的物质:葡萄糖、蔗糖、白糖、聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸锂、聚乙烯醇、柠檬酸、煤油、β-环糊精、乙醇和酚醛树脂等。

2、烧结结束时添加

在磷酸铁锂烧结结束后的冷却阶段,喷上甲醇,甲醇热分解碳化,在磷酸铁锂表面形成一层碳膜。

3、添加金属颗粒

(1)利用银镜反应在磷酸铁锂表面镀银;

(2)混合时直接加入银或铜颗粒。

4、涂有导电有机物

聚吡咯、聚环芳烃、聚苯胺等导电有机物在磷酸铁锂表面聚合而成

5、掺杂金属离子

通过球磨混合原料,然后固相合成六种掺杂剂物质Li1-xMxFePO4(M=Mg,Al,Ti,Zr,Nb,W)。掺杂材料的电子电导率比LiFePOa高8个数量级,达到10-2S cm-1在室温下。


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