粉體百科丨帶你重新認(rèn)識(shí)磷酸鐵鋰
橄欖石結(jié)構(gòu)過(guò)渡金屬磷酸鹽磷酸鐵鋰（LiFePO4）是常用的鋰離子正極材料之一，理論比容量為170mA/g，電壓平臺(tái)為3.7V，在全充電狀態(tài)下具有良好的熱穩(wěn)定性、較小的吸濕性和優(yōu)良的充放電循環(huán)性能，因此成為現(xiàn)今動(dòng)力、儲(chǔ)能鋰離子電池領(lǐng)域研究和生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。但由于其本身結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致以L(fǎng)iFePO4為正極材料的鋰離子電池導(dǎo)電率差、鋰離子擴(kuò)散速率慢，在低溫條件下放電性能較差，近年來(lái)漸漸比不上三元正極材料了。
四大正極材料性能對(duì)比
結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)
橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO4，是聚陰離子框架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)基元是LiO6八面體、FeO6八面體和PO4四面體，磷酸根中強(qiáng)的P-O共價(jià)鍵在完全充電狀態(tài)下穩(wěn)定了氧原子，避免其被氧化生產(chǎn)氧氣而釋放，該結(jié)構(gòu)的存在使得LiFePO4成為一種安全的正極材料。而且由于其穩(wěn)定的聚陰離子框架結(jié)構(gòu)，LiFePO4的循環(huán)性能非常好。LiFePO4的不足之處在于電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率較低，分別為10?9S·cm?1和10?10-10?15cm2·s?1，作為正極材料應(yīng)用于鋰離子電池表現(xiàn)出較差的倍率性能。除此之外LiFePO4的能量密度也不高。
優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改變性能
既然結(jié)構(gòu)決定了磷酸鐵鋰的性質(zhì)，那么想改變磷酸鐵鋰的性能就需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化?？刹捎玫姆椒ㄓ校?/span>
1復(fù)合包覆、摻雜及表面修飾技術(shù)
通過(guò)對(duì)磷酸鐵鋰進(jìn)行摻雜與包覆工藝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了材料本征改性與表面修飾改性的復(fù)合，有效改善了材料表面特性和導(dǎo)電性能，從而可以提高材料的電化學(xué)性能。
2磷酸鐵鋰正極材料納米化合成和表面修飾技術(shù)
納米化是提高磷酸鐵鋰電化學(xué)性能的有效方法。采用液相以及固液相復(fù)合方法，通過(guò)添加劑的優(yōu)化選擇以及工藝的優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米磷酸鐵鋰材料的可控合成，并進(jìn)一步結(jié)合包覆及復(fù)合摻雜等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米磷酸鐵鋰材料的共摻雜以及表面復(fù)合改性，合成出性能優(yōu)異的納米磷酸鐵鋰材料。
這些方法當(dāng)然是有效的，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
“刀片電池”，提升性能
近日比亞迪推出的“刀片電池”徹底顛覆了磷酸鐵鋰的江湖地位。
因?yàn)榱姿徼F鋰的安全性很高，所以比亞迪雖然也涉足三元正極材料，卻沒(méi)有放棄過(guò)磷酸鐵鋰。刀片電池凝結(jié)了比亞迪在動(dòng)力電池領(lǐng)域近二十年研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，集成比亞迪從電池原材料制取到動(dòng)力電池包制造全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，兼具高安全、長(zhǎng)壽命和長(zhǎng)續(xù)航三重優(yōu)勢(shì)，讓磷酸鐵鋰電池重新煥發(fā)活力。
這種電池究竟厲害在什么地方呢？
傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池包含三層結(jié)構(gòu)：電芯、模組和電池包，由于電芯和模組的支撐固定結(jié)構(gòu)件要占據(jù)很大一部分空間，因此電池包的綜合空間利用率僅有40％。比亞迪工程師對(duì)刀片電池的電池包結(jié)構(gòu)進(jìn)行重塑，由電芯直接成包（CTP），省去模組和結(jié)構(gòu)件，使刀片電池的電池包空間利用率提高到了60％。
這種封裝方式的好處是：①提高了動(dòng)力電池包的空間利用率以及能量密度，體積能量密度比傳統(tǒng)磷酸鐵電池提升50％，重量比能量密度可達(dá)到180Wh/kg；②相較方形鋁殼電芯方案，刀片電池保證了電芯具有足夠大的散熱面積，可將內(nèi)部的熱量快速傳導(dǎo)至外部，降低內(nèi)部溫度；③由于電池更長(zhǎng)，更遠(yuǎn)的極耳距離減小了內(nèi)部短路的風(fēng)險(xiǎn)和熱量的產(chǎn)生，更薄的厚度也進(jìn)一步降低了穿刺過(guò)程中的熱量累積，提升了電池包的強(qiáng)度和安全。
磷酸鐵鋰的最大短板被比亞迪用“刀片”的概念解決，而且依然保留它的強(qiáng)項(xiàng)——安全性好。一旦這款電池推向市場(chǎng)，三元正極材料的優(yōu)勢(shì)將被大大削弱，這讓我們不得不重新認(rèn)識(shí)磷酸鐵鋰。
參考來(lái)源：
張克宇.鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的研究進(jìn)展
胡江濤.鋰電池磷酸鐵鋰正極材料的結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)性的研究進(jìn)展
成富圈.高性能磷酸鐵鋰正極材料合成及規(guī)?；a(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究
電腦之家.比亞迪“刀片電池”利刃出鞘 引領(lǐng)新能源汽車(chē)技術(shù)變革