锂电池涂布

磷酸亚铁锂/石墨锂离子电池的工艺简介

摘要：

自锂离子电池问世以来，锂离子电池因为其良好的电化学性能受到众多电化学行业从事者的青睐。锂电池比普通电池的优点在于它的环寿命长、工作电压高、安全性好等。然而，锂离子电池电化学性能的好坏与其所使用的正负极材料、导电剂、粘结剂、电解液、隔膜等有着密切的关系。磷酸亚铁锂(LiFeP04)因其具有原料丰富、比容量高结构稳定、安全性好等优点成为了一种比较有潜力的锂离子电池正极材料。锂离子电池负极材料以碳材料为主。这里主要介绍石墨作为负极材料。

关键词：锂电池、正负极、工艺

1电化学原理

锂离子电池是一种充电电池，是由两种可以可逆脱嵌Li+的物质作为正负极

构成的二次电池，主要依靠Li+在正负极间的可逆脱嵌来工作，充电时Li+从正极脱出，在负极嵌入，放电时则相反。锂离子电池的正极材料一般选择相对锂电位大于3．5 V并且在空气中比较稳定的能够嵌锂的过渡金属的化合物，如：Li l．xC002(O

③锂离子电池的负极材料一般选择电位和锂尽可能接近的可以可逆脱嵌锂的物质，如：各种碳材料和金属氧化物等等

2 锂离子电池的结构

锂离子电池的结构主要由正极、电解液、隔膜、负极和集流体等组成，其

核心部分正负极片主要由导电剂粘黏剂组成。锂离子电池的电解液一般为

LiPF6、LiCl04、LiAsF6和LiBF4等锂盐的有机溶液，电解液中的有机溶剂一般为EC(碳酸乙烯酯)、DMC(碳酸二甲酯)、PC(碳酸丙烯酯)、BC(碳酸丁烯酯)、EMC(碳酸甲乙酯)和DEC(碳酸二乙酯)等②③。隔膜通常使用聚烯烃系列树脂，常用的隔膜有单层或多层聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，

3磷酸亚铁锂的合成工艺

3.1高温固相合成法

高温固相合成法一般是以醋酸亚铁或草酸亚铁，碳酸锂或醋酸锂，磷酸氢二铵或磷酸二氢铵等为原料，按照LiFeP04的化学计量比进行配料，将样品

球磨均匀后在惰性气体保护下高温焙烧制得。此方法具有工艺流程简单，适合产业化生产的优势，但是其同样存在合成产物粒径不易控制、形貌不规则、分布不均匀等缺点。

3.2机械化学活化法

机械化学活化法是采用高能球磨的方法，使样品的粉末颗粒在球磨罐内进

行反复碰撞、分离、再碰撞以获得破碎且紧密的粉末混合体，然后再将其进行固相反应即可制得所需的物相。并可以简化工艺流程，缩短制备周期。李旭等④以草酸铁、磷酸二氢铵、碳酸锂与纳米级的MgO粉末为原料，按不同量的Mg掺杂配料，将样品球磨后得到前驱体粉末，再将前驱体粉末在心气气氛下650℃焙烧18 h，得到掺杂量不同的LiFeP04正极材料。

3.3水热合成法

水热合成法一般是以可溶性的锂盐、亚铁盐及磷酸为原料，在水热条件下

直接合成。因此，水热合成不需要惰性气体的保护，可以直接得到LiFeP04。该方法具有烧结温度低、能耗低、工艺简单等优点，能够制得得物相均一、结晶性好、粒度分布均匀、纯度较高的LiFeP04材料。

Tajirni⑤等1122J以H3P04、LiOH、FeS04为原料，以聚乙二醇(其平均分子量为380-420)为碳源，利用水热合成法制得颗粒平均粒径达次微米级的LiFeP04。经测试显示，该材料以35 m A／g的电流密度进行充放电时，其放电比容量为143 m At l／g。

然而，用水热合成法制备的LiFeP04材料，常会有部分Fe占据在Li位上，这部分Fe阻碍了Li+的扩散，使得材料的电化学性能有所下降。此外，水热合成法反应的条件控制要求苛刻，并且需要大量耐高温高压的设备，其成本相应提高。其它的还有溶胶、凝胶合成法液相共沉淀合成法目前常用的LiFeP04的合成方法都不是十分的完美，仍然未达到理想的效

果，因此，人们尝试采用一些新的制备方法或改性方法来提高LiFeP04的电化学性能。如：乳液干燥法、机械化学激活法等。

4锂离子电池负极极材料

锂离子电池性能的优劣与否和其所使用的负极材料能否可逆的脱嵌Li+息息相

关。锂离子电池负极材料一般应具备以下性能⑥

(1)电池在充放电过程中，Li+在负极材料中有较高的扩散率；

(2)Li+在负极的脱嵌过程中自由能变化小，且反应要高度可逆；

(3)优良的热力学稳定性及和电解质有良好的相容性；

(4)具备良好的电导率。

大部分的锂电池负极材料仍以石墨为主。石墨是层间化合物，可以在层间嵌入Li+，嵌锂石墨的一阶化合物的分子式为LiC6，其中Li+在C轴方向(即垂直于C原子平面的方向)上全部重叠，使得石墨堆积的次序从AB型变为AA型⑦⑧。目前，使用嵌锂石墨做锂离子电池负极材料时，遇到的最大问题就是当锂离子脱嵌之后会导致负极的萎缩，是电池寿命缩短所以如何制作稳定安全的负极材料仍是一个研究重点

引用文献：

①磷酸亚铁锂/硬碳锂离子电池的工艺及电化学性能研究，南昌大学廖祥飞。

②Good enough J B，Manthiram A，Wnetrzewski B．Electrodes for Lithium Batteries；阴．

Journal of Power Sources，1993，43(1—3)：269^275．

③DahnJ＆SackenUv’Juzkow MW：et a1．Rechargeable LiNi02／Carbon

Cells[J]．Journal of the E l e ct r o chemical Society,1991，138(8)：2207-2211．④李旭，彭文杰，李新海，等．Li Fe ox)Mg,P04的制备及其电化学性能川．中国有色金属学报，2008，(06)：11 23-1 1 28．

⑤Tajimi S，Ikeda Y Uematsu l('etai．EnhancedelectrochemicalperformanceofLiFeP04 Prepared by hyd rothermal reaction[J]．Solid State lonics，2004，175(1-4)：287-290·⑥Nagaura T．Tozawa K．Lithium ion rechargeable battery[J]．Progress in Batteries and Solar

Cells，1990，9：209^之17．

⑦Dahn J R．Phase diagram ofLixC6[J]．Physical Review B，1991，

⑧OhzukuZ lwakoshi Z Sawm K。Formation of Lithium．Graphite Intercalati on CompoundsinNonaqueous Electrolytes andTheirApplicationas aNegativeElectrode

fora LithiumIon(Shuttlecock)Cell阴．JournalOf the ElectrochemicalSociety,1993，140(9)：2490~2498．