颗粒形貌对磷酸铁锂电池的影响及球形LiFePO4粉体的制备

作为锂离子电池的正极材料，具有橄榄石结构的磷酸铁锂因为具有成本低、原材料丰富、毒性较小、良好的高温电化学性能和高的理论容量等特点而成为目前最优良的绿色环保正极材料之一。但是磷酸铁锂的振实密度较低，导致其比容量较低。而且，在磷酸铁锂中电子和锂离子的扩散速率较小，这些缺点给磷酸铁锂电池向微小化和超薄化方向的发展带来困难。

颗粒形貌对磷酸铁锂电池的影响

由于磷酸铁锂材料结构的特点，其电子导电性和离子扩散系数较低，导致磷酸铁锂电池内阻较高。内阻是衡量电池性能的重要参数，与电池的寿命、容量、倍率、安全等性能密切相关。高内阻问题一直是阻碍磷酸铁锂电池被广泛应用的一大难题。

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。侯月朋等以常见的球形和非球形形貌磷酸铁锂作为研究对象，探讨了磷酸铁锂形貌与电池内阻等特性之间的关系，对进一步提高锂离子电池性能具有实际意义。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17.4mΩ；

(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。

来源：侯月朋等.形貌对磷酸铁锂电池内阻特性影响

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。