鉅大LARGE | 點擊量：4645次 | 2018年12月04日
磷酸鐵鋰的結構及其特性
對于磷酸鐵鋰正極材料而言，其性能優劣關鍵指標包括：粒徑、振實密度、壓實密度、比表面積、加工性能及電化學性能。
磷酸鐵鋰的結構及其特性
磷酸鐵鋰是一種無機化合物，屬于正交晶系橄欖石型結構，其主要應用于鋰離子電池正極材料。理論比容量為170mAh/g，全電池實際可超過140mAh/g。準確的名稱是：磷酸亞鐵鋰，業界習慣性稱為：磷酸鐵鋰。
其晶體結構為橄欖石結構，如圖所示，其中，FeO6八面體，PO4四面體。在充放電過程中，Li+的可逆嵌脫，對應于Fe3+/Fe2+的互相轉換，電壓平臺在3.45V（vs.Li+/Li），且平臺較長。
由于P-O鍵鍵能非常大，所以PO4四面體很穩定，在充放電過程中起到結構支撐作用，因此LiFePO4有很好的抗高溫和抗過充電性能，同時由于LiFePO4和完全脫鋰狀態下的FePO4的結構很相近，所以LiFePO4的循環性能也很好。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
Li+完全脫出時，體積減小6.81%，而密度增加了2.59%；經過多次充放電后，橄欖石結構依然穩定，鐵原子仍處于八面體位置。
但是，LiFePO4的導電性非常差，主要原因為：
（1）在LiFePO4結構中，相鄰的FeO6八面體通過共頂點連接（共頂點的八面體電子導電率較低），故其電子導電率低；
（2）PO4四面體位于FeO6八面體之間，這在一定程度上阻礙了Li+的擴散運動，同時由于穩定的PO4四面體使得Li+移動的自由體積小，使脫嵌運動受到影響；
（3）在充放電過程中，脫嵌鋰到一定程度時，鋰離子在LiFePO4/FePO4兩相界面的擴散受擴散控制。
磷酸鐵鋰充放電過程是在LiFePO4與FePO4兩相之間進行的。充電時，Li+從LiFePO4中脫離出來，Fe2+變成Fe3+，形成FePO4相；放電時，Li+嵌入FePO4中，Fe3+變成Fe2+，形成LiFePO4相。
磷酸鐵鋰改性的主要方向包括：納米化、包覆和摻雜。
由于磷酸鐵鋰材料鋰離子的擴散系數小，非納米LiFePO4的粒子大，限制了其大電流性能，因此必須進行納米化。納米化后性能顯著提高：
?因納米粒子的小尺寸效應，減小了鋰離子嵌入脫出深度和行程，保證大電流放電時容量不衰減。
?納米粒子高的比表面積，增大了反應界面。
?納米粒子更多的晶粒邊界，提供了快速的離子擴散通道。
?大的比表面積和孔隙的形成能夠提供更多的擴散通道，保證電解液的充分浸泡和足夠的鋰離子。
?聚集的納米粒子的間隙，緩解鋰離子在嵌入和脫出時的應力，提高循環壽命。
?隨LiFePO4顆粒的減小LiFePO4/FePO4兩相的不相混溶區也會變小，放電容量增大。
磷酸鐵鋰的合成工藝路線主要有：⑴草酸亞鐵工藝；⑵磷酸鐵工藝；⑶氧化鐵工藝。
對于磷酸鐵鋰正極材料而言，其性能優劣關鍵指標包括：粒徑、振實密度、壓實密度、比表面積、加工性能及電化學性能。單純關注某一指標意義不大，只有從物理和化學性能兩方面結合起來看才有意義。
磷酸鐵鋰材料主要性能指標及其意義如下：
（1）粒度分布（um）：影響倍率性能等；越小越好；
（2）振實密度（g/cm3）：單位體積具有的能力，越大越好；
（3）比表面積（m2/g）：越大反應界面越大；
（4）粒型：顆粒外貌影響電池放電容量，球形為宜；
（5）XRD：檢測材料的純度及結構是否完善；
（6）水份含量（%）：合漿時是否造成PVDF結團；
（7）雜質含量：影響電池安全性、自放電性能；
（8）電化學性能：容量、不可逆容量、能量密度等。
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