谈谈磷酸铁锂前驱体——无定形FePO4

随着目前一些含锂负极(如含锂合金负极材料)的开发与应用，一些无锂正极材料正逐渐成为研究热点，最近的研究表明，磷酸铁锂的前驱体——无定形FePO4(α-FePO4)也具有成为优秀正极材料的潜力。

　　相比于LiFePO4，FePO4材料的容量达到178mAh/g，由于磷酸铁不需要经过还原烧结的过程，从而避免了材料颗粒长大，也避免还原不充分的LiFePO4存在Fe3+相。

　　但是磷酸铁在应用中还存在两个问题——电子电导和离子电导较低，这导致了其在充放电过程中，电荷交换与锂离子扩散较慢，从而影响了材料的倍率性能。

　　相关的实验表明，降低材料的颗粒尺寸，有助于高锂离子的扩散速率，但是这与材料的电极中的分散有极大的关系。通过有机物高温分解，在磷酸铁颗粒表面形成一层碳涂层，可以显著的提升材料的分散性和导电性。

　　但是这种方法显然不适用于α-FePO4，因为这种方法至少需要将材料加热到600℃以上，而α-FePO4在460℃以上就不稳定了，超过这个温度，磷酸铁会转变为晶体。一个折中的办法是将α-FePO4与制备好的高导电炭材料混合，例如碳纳米管(CNT)。

　　为了达到这一目的，科学家尝试将α-FePO4直接在CNT或者石墨烯表面生长，例如Lee等人，利用基因工程技术直接在碳纳米管表面生长磷酸铁，获得了优异性能的复合材料，容量接近理论容量。

　　但是这些方法目前还存在诸多不足，例如这种方法制备的材料，α-FePO4的含量受到限制，从而无法获得较高的容量，此外也无法控制在CNT表面生成的α-FePO4的纯度。

　　直接使用α-FePO4与CNT为原料是一种理想的选择，这种方法可以控制α-FePO4的纯度，以及材料中的α-FePO4的含量。但是从文献看，即便是使用长时间的高能球磨所制备的材料的电化学性能也差强人意。

　　Tongbao Zhang等利用通过表面修饰处理改性的方法，制备获得了性能优异的α-FePO4与CNT复合材料。他们首先利用共沉淀的方法，制备获得了纳米α-FePO4颗粒，然后通过氨丙基三甲氧基硅烷(APS)对其表面进行处理，同时利用HNO3和H2SO4的混合溶液对CNT的表面进行了氧化处理。

　　然后将经过表面改性处理的α-FePO4与经过氧化处理的CNT混合，并使用超声进行分散，最终获得了具有优异的倍率性能和良好的循环稳定性的α-FePO4-CNT纳米复合材料。

　　分散状况对α-FePO4-CNT纳米复合材料的性能有着显著的影响，由于CNT的疏水性，从而导致CNT与α-FePO4混合后，倾向于分层，而不是混合均匀。因此需要使用HNO3和H2SO4对CNT进行表面氧化处理，以改善CNT在水中的分散性能。

　　为了使得α-FePO4与CNT更好的结合，需要对α-FePO4的表面进行改性处理，通过使用氨丙基三甲氧基硅烷(APS)进行表面改造后，在超声的作用下可以获得混合均匀的α-FePO4-CNT纳米复合材料，实验也表明，相比于没有经过表面改性处理的材料，其比容量提高了接近一倍。

　　实验表明CNT含量在15%的α-FePO4-CNT纳米复合材料在0.5C、1C、2C、3C、5C倍率下，比容量分别达到了168,162,152,140 和 116mAh/g，这一结果甚至要好于LiFePO4/C材料。在5C下循环2000次能够获得将近90%的容量保持率。

　　借“含锂负极”这一股东风，无锂正极材料正在快速发展，并进入到实用化的阶段，α-FePO4-CNT纳米复合材料凭借优异的倍率性能和循环稳定性，以及低廉的成本和环境友好特性，使得其在电动车领域有着良好的应用前景。