磷酸铁锂正极材料的研究现状

刘旭燕， 李旭阳， 瞿诗文

（上海理工大学 机械工程学院，上海 200093）

高能量、高功率密度的电化学储能装置已成为混合动力汽车和纯电动汽车的主要能源，锂离子电池作为最主要的储能装备得到了极大的发展。但是，为满足混合动力汽车和纯电动汽车不断增长的需求，锂离子电池还需要进一步提高其安全性能、循环性能和能量密度等电化学性能。自1997年Padhi等[1]提出了LiFePO4可逆性迁移的特性之后，该材料引起各界的广泛关注。

磷酸铁锂(LiFePO4)具有高可逆比容量(170.0 mA·h/g)、充放电平台平稳、安全性高、循环寿命长、资源丰富且价格较低等独特优势，使其在储能系统和电动汽车（如公交车、低速电动汽车和其它专用车辆）中得到广泛的应用，成为最具研发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。然而，LiFePO4正极材料固有的局限性，包括低电导率(10−9～10−10S/cm)和低Li+扩散率(10−14～10−11cm2/s)限制了其在一定领域的应用[2]。基于以上问题，本文系统地介绍了近年来提高LiFePO4电化学性能的研究情况。

1 LiFePO4概述

1.1 LiFePO4的结构特征

LiFePO4正极材料为橄榄石结构，属于正交晶系，位于pnma空间群，单位细胞参数a、b、c依次为0.496、1.033、0.601 nm。图1显示了LiFePO4单元中的O原子堆成六边形结构、Fe原子和 Li原子分别位于 O原子六边形结构的中间位置，形成FeO6和LiO6正八面体。P原子在 a轴上以交替分层排列的方式占据由O原子形成的PO4四面体，由于其具有强的P-O共价键形成的离域三维立体化学键使得材料具有较强的动力学和热力学性能，直接表现为LiFePO4电池安全性高、循环寿命长的特点。……