噴霧干燥-碳熱還原法制備的正極材料提高電池的綜合性能

采用噴霧干燥-碳熱還原法制備的LiFePO4/C粉體材料具有*的微觀形貌，是噴霧干燥前驅(qū)體由分散均勻的、粒徑10微米左右的皺紋狀前驅(qū)體顆粒組成。

在噴霧干燥過程中，霧化的液滴進(jìn)入干燥室后，隨著溶劑的蒸發(fā)，當(dāng)液滴表面溶質(zhì)的濃度達(dá)到其臨界飽和濃度時，通過成核生長形成外殼，同時殼內(nèi)溶液的迅速蒸發(fā)，形成空心球形顆粒。然后，隨著干燥塔內(nèi)溫度降低，顆粒內(nèi)部氣壓減小，同時由于碳黑的存在，導(dǎo)致殼的強(qiáng)度降低而塌陷，形成皺紋狀顆粒。在碳熱還原階段，隨著前驅(qū)體顆粒溫度的上升，碳黑顆粒包覆在LiFePO₄表面形成200~700nm的初顆粒，使球殼上產(chǎn)生孔隙。而形成的初級顆粒在范德華力和靜電作用下，保持了原有的球形結(jié)構(gòu)，它們之間的堆積孔隙則形成微孔。

這種*的微觀結(jié)構(gòu)，使材料具有更大的比表面積，能夠讓正極材料與電解液充分接觸，有利于擴(kuò)大Li離子的擴(kuò)散面積，增大Li離子的脫嵌速率，解決了LiFePO₄擴(kuò)散系數(shù)小的問題。在后期電池制備過程中，這種球形結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出優(yōu)異的流動性和分散性，表面易涂覆等特點，沒有明顯的掉粉現(xiàn)象，具有良好的操作性。說明采用噴霧干燥-碳熱還原法制備的多孔隙球形LiFePO4/C正極材料，不僅以3價Fe為原料降低了生產(chǎn)成本，碳熱還原提供的還原氣氛有利于保持二價Fe的穩(wěn)定，提高產(chǎn)物純度，而且多余的還原劑碳作為成核劑阻礙了晶粒的聚集長大，控制了產(chǎn)物的形貌，有利于電解液的滲透和Li離子的脫嵌，提高材料的綜合性能。