lifepo4正极材料改性与商业化进展

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1、摘要：介绍了近年来磷酸铁锂(LiFeP04)正极材料在包覆与掺杂改性方面的研究进展，分析了国内外LiFeP04正极材料的商业化过程，指出了LiFeP04正极材料未来的研究趋势。？关键词：磷酸铁锂；包覆与掺杂；正极材料；产业化？中图分类号：TM912.9文献标识码：A文章编号：2095-1302(2011)10-0067-05??ProgressandResearchonModificationandCommercializationofCathodeMaterialUFePO4?ZHANGJie,CHENXiao,CHENGLei,GAOZheng-ping?(Stat

2、eKeyLaboratoryofElectronicThinFilmandIntegratedDevices,Chengdu610054,China)??Abstract：ThemodificationofUFePO4incoatinganddopingareintroduced.Someproblemsandmechanismforcoatinganddopingaresummarized.ThecommercialprogressonUFePO4andsometypicalmanufacturersareintroduced,andthedevelopingtren

3、dofUFePO4isalsoprospected.?Keywords：lithiumironphosphate(UFePO4);coatinganddoping;cathodematerial;industrialization??0引言？1997年，美国德克萨斯州立大学的J.B.Goodenough和AKpadhi研究小组对几种锂离子过渡金属磷酸盐体系材料的合成和电化学性能进行了研究，发现了橄榄石型LiFePO4材料对锂离子的脱嵌高度可逆，且具有NASICON结构，可用作锂离子电池正极材料。并连续在〈〈JournaloftheElectrochemicalSocie

4、ty》发表了两篇［1,2］关于LiFePO4用作锂离子电池正极材料的原创性论文。？LiFePO4正极材料具有原料来源广泛、价格低廉、环境友好、热稳定性好、循环性能优良、化学相容性好等许多优点，成为国内外学者的研究热点。但是在其合成和实用化过程中也存在一些问题：？(1)合成过程中Fe2+易被氧化为Fe3+；?(2)高温焙烧过程中材料颗粒生长不易控制；？(3)LiFePO4的振实密度低，导致了其体积比容量和能量密度较低；？（4）LiFeP04的本征电导率低，导致了材料高倍率充放电时的极化较大，电化学性能较差。？为了解决这些问题，国内外学者进行了大量的改性研究，并取得了较大的

5、突破。改性方法主要包括表面包覆、金属离子掺杂晶粒控制等。？1改性研究进展？1.1表面包覆？包覆的作用主要有三：第一是高导电性的材料包覆晶体表面，可提高电子导电性，降低体系内阻，减少极化；第二是可在一定程度上阻碍晶粒长大，增加电化学反应的有效面积，降低极化；第三，可在一定程度上防止锂量损失（锂在高温条件下会汽化损失）和过渡金属溶解，从而提高中Li?+的浓度，增强材料的稳定性。而目前研究的包覆材料主要包括表面包覆碳、金属和导电化合物等。？1.1.1表面包覆碳？P.P.Prosini等［3］在LiFePO4合成过程中，首先将原料预分解，再加入一定量高比表面碳黑（碳黑混匀），在

6、800°C下灼烧16h，并使碳黑均匀分散在微粒间，确保良好的导电接触。在0.1C时，碳含量加入量10%所获得的LiFePO4/C放电容量理论值达到170mAh•g-lo0.5C倍率下，材料的前230次循环平均比容量为95mAh•g-lo?JingsiYang等［4］采用非水系溶胶-凝胶法合成了碳包覆LiFeP04;将LiCH?3C00、Fe(CH?3COO)?2和H?3PO4以摩尔比1:1:1溶于乙烯基乙二醇中，通过强力搅拌和沉淀后得到均匀单一的凝胶，最后将凝胶转入管式炉中，在N?2中700°C下灼烧12h，合成出了碳包覆为1〜4%的LiFePO

7、4。该材料在0.01C倍率下充电到?4V的比容量为165mAh•g-l,0.2C和?0.5C倍率下，比容量均可达到150mAh•g-l。唐致远在2005年利用固相法制备LiFePO4/C复合正极材料时，研究了不同碳源对LiFePO4/C复合正极材料性能的影响［5］。结果表明：葡萄糖是一种较好的导电剂前驱物，具有优良的电化学性能，加入后能够明显提高LiFePO4的比容量及循环稳定性；其研究数据显示，首次放电比容量可达?142.5mAh•g-l,循环30次后，容量衰减只有2.5%。？继唐致远之后，赖春艳等［