动力型锂离子电池正极材料磷酸铁锂包覆技术发展分析

雷杰 华亮

摘 要：本文以专利数据库CNABS、CNTXT为数据来源，对满足动力型锂离子电池正极材料磷酸铁锂包覆主题相符合的专利文献为数据，研究了包覆材料的种类的分析，研究表明碳物质的包覆仍处于绝对优势状态，其他的包覆类物质的专利申请也呈现逐渐增长的趋势。

关键词：磷酸铁锂；包覆；专利

中图分类号：TQ131.11 文献标识码：A

全球的新能源汽车动力电池技术始于1970年，1990年政策的引导和政府的大力支持带动了整个新能源汽车的发展，作为新能源汽车的核心部分动力电池也在新能源汽车的大力发展之开始了大量的研究。橄榄石型磷酸铁锂因理论容量为170mAh/g，质量比容量比钴酸锂高，体积比容量比尖晶石锰酸锂高，充放电前后体积变化小，高温稳定性能和循环性能都比较好，价格低廉，对环境友好在大型动力电池的应用上有明显的优势。自1997年goodenough教授首次报道尖晶石型磷酸铁锂可以作为正极材料以来，磷酸铁锂较佳的性能优势在动力汽车发展的狂潮中开始了大量的研究。但是磷酸铁锂的电子传导率较低。为了提高材料的导电性，在磷酸铁锂颗粒表面包覆导电性材料成为了主要的解决方案。目前对磷酸铁锂的包覆材料包括碳材料、导电高分子、金属物质（金属、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物）、半金属物质（半金属、半金属氧化物）、锂离子导体。

本文以中文专利数据库CNABS和CNTXT出发，进行了以下研究。从图1可以看出，绝大多数的包覆物质为碳，其他物质的包覆量只为15.2%。这与碳物质资源的丰富、制备方法的简单和碳的高导电率有关。碳的表面包覆是当前的研究热点之一。碳包覆的主要作用有：（1）作为还原剂，在较低温度下可以有效避免Fe2+的氧化；（2）有利于提高颗粒间的电子电导率，碳包覆材料比包覆之前的材料导电率提高6～8个数量级；（3）通过空间位阻效应，碳的包覆在一定程度上能够阻止颗粒间的接触，能够有效抑制晶粒的过度生长，从而起到细化晶粒的效果。常见的碳包覆材料有无机碳源（碳黑、乙炔黑、納米碳管）和有机碳源（蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、月桂酸、聚丙烯、淀粉、羟乙基纤维素、聚碳酸酯滤膜等等）两大类。磷酸铁锂正极材料作为动力电池，需要的最大的改进点就是改善其倍率性能，大倍率放电性能好则运用在动力电池中的优势就越明显。提高大倍率性能的方式对于磷酸铁锂来说有两点：一是提高电子导电率；二是增加离子导电率。而磷酸铁锂的10-9S/cm，电子导电率差是比较突出的缺点，所以大多数研究者的改进点放于提高材料的电子导电率上，碳在性能改进和经济角度上看是最佳的改进材料。其他的物质如金属、金属氮化物等主要的也是提高电子导电率，也是利用金属的高的导电率和在电解液中的稳定性。其他的金属或者半金属氧化物主要是为了提高颗粒材料的稳定性，使其与电解液分离开，防止铁的溶解和价态的变化，其往往也与碳材料共同使用促使碳材料在材料颗粒的表面形成完整的碳包覆膜，进一步增强其导电性。

从图2中可以看出各种物质的发展趋势都是在2010年或者2011年出现高峰，之前都是处于缓慢增长的过程。这就表示动力电池磷酸铁锂正极材料的各种物质的包覆技术发展是同步进行的，所有物质都是研究者目标中的有前景的目标包覆物，但是随着碳包覆的研究开始，碳包覆的发展速度比其他物质的发展速度快很多，这就显示碳包覆物质是最具有前景的包覆物。

结语

综上所述，国内的专利申请人绝大多数把提高磷酸铁锂的电子导电性放在首要位置，而碳作为提高电子导电性的主要物质就是申请的重中之重，但是开发新型的包覆类物质也在国内申请人中呈现逐步增长的趋势，因此，在提高磷酸铁锂综合电化学性能的基础上，电子导电性，材料的稳定性和离子导电性都是不容错过的基本方式。

参考文献

[1]陈立鹏.动力锂离子电池正极材料磷酸铁锂的电化学性能研究[D].北京化工大学，2011.