目前,常用于包覆LiFePO4颗粒的C有:葡萄糖、蔗糖、乙炔黑、石墨、碳纳米管等。选用的碳源不同,包覆的效果也不同;碳包覆能提高材料的导电性,但同时降低了材料的体积密度。因此,要选择合适的碳源及包覆量。
(2) 金属掺杂
直接在LiFePO4中加入少量超细金属颗粒,如 Au、Cu和Ag等,能有效提高LiFePO4颗粒的电子导电。加入少量超细金属颗粒有两点作用:
1. 超细金属粒子给 LiFePO4提供了导电桥,增加 LiFePO4颗粒表面之间接触,增强LiFePO4颗粒之间的导电能力,提高LiFePO4的电子导电性;
2. 为LiFePO4提供形核剂。在合成LiFePO4颗粒时,加入超细金属微粒,能让LiFePO4迅速成核,并阻碍LiFePO4进一步长大。
(3) 金属离子掺杂
金属离子掺杂主要有两种掺杂方式:Fe位(M2)掺杂形成LiFe1-xMxPO4的化合物[20],和Li(M1)位掺杂形成LixM1-xFePO4的化合物。前者包括Co2+、Ni2+、Mg2+、Mn2+等金属阳离子,这些金属阳离子与金属Fe2+离子半径相近,掺杂后替代Fe位(M2);后者包括Ag+、Na+等金属阳离子,这些金属阳离子与金属Li+离子半径相近,掺杂后替代Li位(M1)。
(4) 降低 LiFePO4材料的粒径
在 LiFePO4材料中,Li+的移动方向是一文的,这样极大地限制了 Li+的迁移,在充放电过程中,由于 Li+的嵌入/脱嵌,LiFePO4与FePO4的相互转变,两者晶胞发生相应的变形,而 PO4四面体极其稳定阻碍了这种变形,最终导致Li+在 LiFePO4中的扩散系数过低[5]。因此,颗粒尺寸越大,Li+的扩散路径越长,Li+的嵌入/脱嵌进程也就越困难。此外,Li+在LiFePO4中的嵌入/脱嵌进行是一个两相界面反应,LiFePO4相和FePO4相的界面让 Li+扩散更加的困难。LiFePO4的颗粒尺寸和 Li+的扩散系数是影响 Li+扩散能力的两个重要因素,而颗粒尺寸的影响更为突出[21]。在 LiFePO4中,Li+的扩散同时伴随着电子的迁移,电子的迁移受到Li+的扩散速率的影响。因此提高LiFePO4扩散系数的同时亦能有效地提高 LiFePO4的导电性。
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