Là vật liệu cực âm thường được sử dụng cho pin lithium-ion, lithium iron phosphate đã trở thành một trong những điểm nóng nghiên cứu vật liệu cực âm cho pin lithium-ion hiện nay do ưu điểm về hiệu suất an toàn tốt, hiệu suất chu kỳ tuyệt vời, thân thiện với môi trường và nguồn nguyên liệu dồi dào. nguồn nguyên liệu. Tuy nhiên, những thiếu sót của lithium iron phosphate cũng hạn chế sự phát triển của nó. Mật độ vòi thấp và công suất riêng thực tế thấp là những thiếu sót chính của nó so với một vật liệu catốt nóng khác, vật liệu ternary. Việc cải tiến vật liệu lithium iron phosphate và quy trình chuẩn bị chủ yếu tập trung vào phương pháp chuẩn bị và sửa đổi vật liệu.
Dưới đây là một số cách để cải thiện mật độ vòi của lithium iron phosphate.

1. Phương pháp tổng hợp

Hiện tại, có nhiều phương pháp điều chế LiFePO4 và các phương pháp điều chế khác nhau có ảnh hưởng lớn đến mật độ vòi của LiFePO4. Các hạt bột không đều không thể được đóng gói chặt chẽ. Nếu các hạt bột LiFePO4 được tổng hợp có hình thái không đều, mật độ vòi của sản phẩm sẽ rất thấp. Nói chung, bột bao gồm các hạt hình cầu thông thường có mật độ vòi cao hơn vì chúng không có sự kết tụ và cầu nối hạt. Phương pháp để thu được các hạt hình cầu thông thường như sau:
A. Tổng hợp các hạt LiFePO4 hình cầu với tiền chất FePO4 hình cầu mật độ cao
Việc chuẩn bị tiền chất hình cầu mật độ cao là một trong những cách hiệu quả để thu được các sản phẩm hình cầu mật độ cao. Trước tiên, tiền chất FePO4 hình cầu mật độ cao được tổng hợp, sau đó trộn đều với các nguyên liệu thô khác. Thông qua phản ứng ở nhiệt độ cao, lithium có thể xâm nhập vào trung tâm của tiền chất một cách đồng đều và đồng bộ theo mọi hướng thông qua các vi lỗ trên bề mặt của các hạt tiền chất hình cầu, duy trì hình dạng hình cầu. Trong phương pháp này, tiền chất hình cầu có thể loại bỏ sự khác biệt về thành phần vi mô do các đường khuếch tán khác nhau gây ra trong quá trình phản ứng và tạo ra LiFePO4 với thành phần đồng nhất, nhờ đó cải thiện hiệu suất của vật liệu.

B. Điều chế các hạt LiFePO4 hình cầu bằng phương pháp sấy phun



Phương pháp sấy phun (nhiệt phân) là trộn muối kim loại vào dung dịch tiền chất theo tỷ lệ cân bằng hóa học cần thiết để điều chế bột composite. Trong lò phản ứng, một loạt các quá trình như bay hơi dung môi, kết tủa chất tan để tạo thành các hạt rắn, sấy khô hạt, phân hủy nhiệt hạt và tạo khuôn thiêu kết được hoàn thành ngay lập tức, và cuối cùng là hình thành các hạt bột hình cầu thông thường.

C. Điều chế hạt LiFePO4 hình cầu bằng phương pháp muối nóng chảy
Phương pháp muối nóng chảy thường sử dụng một hoặc một số muối nóng chảy thấp làm môi trường phản ứng. Trong quá trình tổng hợp, một pha lỏng sẽ xuất hiện trong đó các chất phản ứng có độ hòa tan nhất định, điều này làm tăng đáng kể tốc độ khuếch tán của các ion chất phản ứng và làm cho các chất phản ứng trong pha trộn ở quy mô nguyên tử đạt được trong pha lỏng, và phản ứng được biến đổi từ phản ứng rắn-rắn sang phản ứng rắn-lỏng. Sau phản ứng, các muối được hòa tan trong dung môi thích hợp và có thể thu được sản phẩm tổng hợp sau khi lọc và rửa.

2. Phân bố kích thước hạt
Có một mối quan hệ chặt chẽ giữa mật độ vòi của LiFePO4 và kích thước hạt. Nếu bột bao gồm các hạt hình cầu có sự phân bố kích thước hạt lý tưởng, để các hạt nhỏ có thể lấp đầy khoảng trống giữa các hạt lớn càng nhiều càng tốt, thì mật độ vòi có thể được cải thiện hơn nữa, điều này có lợi để cải thiện khả năng thể tích riêng của cục pin. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng LiFePO4 ở quy mô nano thường có mật độ vòi thấp hơn, trong khi LiFePO4 ở quy mô vi mô có mật độ vòi cao hơn.

Vật liệu xốp có thể đạt được mật độ vòi cao: các sản phẩm có hạt lớn hơn thường có mật độ vòi cao hơn, nhưng cũng dẫn đến đường khuếch tán dài hơn đối với các ion lithium trong vật liệu rắn và hiệu suất điện hóa của vật liệu kém hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng LiFePO4 xốp có các kênh lỗ chân lông ba chiều liên kết với nhau và khoảng cách giữa các lỗ chân lông là ở cấp độ nano và các kênh ba chiều được liên kết với nhau giữa các lỗ chân lông rút ngắn khoảng cách khử xen kẽ ion lithium; và cấu trúc vi mô độc đáo của vật liệu xốp, làm cho vật liệu có diện tích bề mặt riêng lớn hơn, làm cho vật liệu tiếp xúc hoàn toàn với chất điện phân, tăng diện tích khuếch tán của các ion lithium, cải thiện tốc độ di chuyển của các ion lithium và giúp giải quyết vấn đề nghèo nàn hiệu suất điện hóa gây ra bởi hệ số khuếch tán nhỏ của LiFePO4 Vấn đề. Do các hạt có kích thước lớn và hình thái tốt thu được khi điều chế vật liệu xốp, nên vật liệu xốp cũng có thể có hiệu suất điện hóa tốt trong khi vẫn đảm bảo mật độ vòi cao của vật liệu.

3. Lớp phủ carbon
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng lớp phủ carbon có thể tăng cường tính dẫn điện giữa các hạt LiFePO4 và hiệu suất điện hóa của nó có thể được cải thiện đáng kể. Nhưng lượng carbon dư thừa sẽ làm giảm nghiêm trọng mật độ vòi của LiFePO4. Chọn nguồn carbon phù hợp và cải thiện quy trình chuẩn bị có thể làm cho lớp phủ carbon đồng đều hơn, do đó làm tăng mật độ vòi của vật liệu.

4. Pha tạp ion kim loại
Pha tạp ion kim loại là pha tạp các ion kim loại trong LiFePO4 để thay đổi cấu trúc mạng tinh thể của nó, từ đó cải thiện độ dẫn điện của chính nó. Trong những năm gần đây, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc pha tạp các loại ion kim loại cụ thể có thể làm tăng mật độ vòi của vật liệu, do đó làm tăng công suất thể tích riêng của LiFePO4.
Hiện tại, một số tiến bộ đã đạt được trong việc cải thiện mật độ vòi của LiFePO4, nhưng vẫn còn một số vấn đề. Quá trình kiểm soát hình thái và kích thước hạt của LiFePO4 thường phức tạp và khó điều chế ổn định các vật liệu có hình thái và phân bố kích thước hạt cụ thể với số lượng lớn. Và các quy trình chuẩn bị khác nhau và các nguyên liệu thô khác nhau cũng có ảnh hưởng lớn đến mật độ vòi của LiFePO4, vì vậy cần tiếp tục khám phá các phương pháp chuẩn bị đơn giản, chi phí thấp có thể kiểm soát hình thái và phân bố kích thước hạt của vật liệu LiFePO4.