中國(guó)粉體網(wǎng)訊 磷酸鐵鋰（LiFePO4）憑借其低成本、長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定和安全等優(yōu)點(diǎn)，已成為應(yīng)用于新能源汽車動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域的主流正極材料之一。磷酸鐵鋰的理論壓實(shí)密度可達(dá)2.6-2.8g/cm³，然而，常規(guī)固相法或碳熱還原法合成的產(chǎn)品，其壓實(shí)密度多在2.2-2.4g/cm³之間，嚴(yán)重限制了電池單體的體積能量密度。
高壓實(shí)磷酸鐵鋰（通常指壓實(shí)密度≥2.6g/cm³）意味著在同等體積內(nèi)可填充更多活性物質(zhì)，從而顯著提升電池的續(xù)航里程或儲(chǔ)能容量。此外，高壓實(shí)電極片具有更低的孔隙率，有助于改善顆粒間的電接觸，降低內(nèi)阻，提升倍率性能。
近年來，隨著儲(chǔ)能電池和動(dòng)力電池對(duì)能量密度、快充性能等要求的提升，行業(yè)對(duì)高壓實(shí)磷酸鐵鋰材料的需求持續(xù)增長(zhǎng)。然而，其規(guī)�；a(chǎn)仍面臨工藝復(fù)雜、產(chǎn)品一致性控制難等技術(shù)挑戰(zhàn)。在眾多合成路線中，結(jié)合碳熱還原法與固相法優(yōu)點(diǎn)的兩步燒結(jié)工藝，憑借其對(duì)材料晶體結(jié)構(gòu)、顆粒形貌與粒徑分布的精確調(diào)控能力，成為實(shí)現(xiàn)高壓實(shí)密度量產(chǎn)的有效途徑。
核心工藝：兩步燒結(jié)法
兩步燒結(jié)法工藝通過兩步熱處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料晶體結(jié)構(gòu)重筑、粒徑控制與形貌修整的有效調(diào)控，是達(dá)成高壓實(shí)密度的核心。其基本流程如下：
預(yù)燒結(jié)：將鋰源、鐵源（磷酸鐵）及碳源等原料混合、砂磨至納米級(jí)粒度后，進(jìn)行噴霧干燥造粒，隨后在特定溫度下進(jìn)行第一次燒結(jié)，生成磷酸鐵鋰初生晶體。
二次燒結(jié)：將預(yù)燒產(chǎn)物經(jīng)過破碎后，進(jìn)行濕混，補(bǔ)充碳源、鋰源等，并通過砂磨進(jìn)行精確的粒度級(jí)配。混合物料再次經(jīng)噴霧干燥后，進(jìn)行第二次燒結(jié)，最終得到成品。
影響材料性能的關(guān)鍵工藝參數(shù)
研究表明，多個(gè)工藝參數(shù)對(duì)最終材料的壓實(shí)密度和電化學(xué)性能具有決定性影響。
預(yù)熱溫度
預(yù)燒溫度是影響材料結(jié)晶度和晶粒大小的關(guān)鍵。溫度升高有助于提升壓實(shí)密度，但過高的溫度會(huì)導(dǎo)致磁性雜質(zhì)（如Fe₂P）的生成，嚴(yán)重?fù)p害材料的電化學(xué)性能。因此，存在一個(gè)最佳預(yù)燒溫度窗口，以在保證高密度的同時(shí)避免有害雜質(zhì)的產(chǎn)生。
分散劑用量
分散劑（如聚乙二醇）能促進(jìn)導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)的均勻分散，形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。其用量存在一個(gè)最優(yōu)值。適量添加能提升壓實(shí)密度；而過量則會(huì)在高溫下產(chǎn)生過多氣體，導(dǎo)致碳包覆不均、材料形成多孔結(jié)構(gòu)，反而降低壓實(shí)密度。
碳包覆比例
碳源（如葡萄糖）在過程中既作為還原劑，又將無定形碳均勻包覆在顆粒表面。適量的碳包覆能抑制晶粒過度生長(zhǎng)，使顆粒形貌圓潤(rùn)，并提高導(dǎo)電性，從而有益于壓實(shí)密度。然而，過量的碳會(huì)使材料結(jié)構(gòu)疏松，對(duì)壓實(shí)密度的提升效果減弱甚至產(chǎn)生負(fù)面影響。
燒結(jié)溫度
二次燒結(jié)溫度直接影響最終產(chǎn)品的結(jié)晶度和顆粒生長(zhǎng)。溫度升高能促進(jìn)小顆粒溶解和在大顆粒表面的再生長(zhǎng)（奧斯瓦爾德熱化），優(yōu)化顆粒堆積，從而提升壓實(shí)密度。但當(dāng)溫度超過一定范圍后，對(duì)密度的提升效果趨于平緩，且會(huì)增加能耗，因此需選擇綜合最優(yōu)的燒結(jié)溫度。
粒度級(jí)配
這是實(shí)現(xiàn)高壓實(shí)密度的核心技術(shù)之一。通過將不同粒徑的預(yù)燒顆粒按特定比例混合，可以實(shí)現(xiàn)顆粒間的緊密堆積，最大限度地減少空隙率。研究表明，采用適當(dāng)比例的大顆粒與小顆粒進(jìn)行搭配，能顯著提高粉體的壓實(shí)密度。
氣流粉碎工藝
燒結(jié)后的粉碎工藝對(duì)最終產(chǎn)品的物理特性有關(guān)鍵影響。優(yōu)化給料頻率、分級(jí)頻率和磨體壓力等參數(shù)，可以獲得粒徑分布更集中、表面狀態(tài)更佳的成品材料，有助于實(shí)現(xiàn)最高的壓實(shí)密度。
小結(jié)
綜上所述，兩步燒結(jié)法通過其精巧的工藝設(shè)計(jì)，特別是對(duì)粒度級(jí)配和分段溫度控制的精準(zhǔn)把握，成功解決了高壓實(shí)磷酸鐵鋰量產(chǎn)中的均一性與穩(wěn)定性難題，為高性能鋰離子電池的材料開發(fā)提供了可靠的技術(shù)路徑。
參考來源：
1.王敬超等《高壓實(shí)納米磷酸鐵鋰材料合成工藝研究》
2.王長(zhǎng)偉《高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰正極材料的工程技術(shù)應(yīng)用研究與展望》
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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