LiFePO4是一種鋰離子電池正極材料。LiFePO4在自然界是以磷鐵鋰礦形式存在的，其結構穩定、資源豐富、安全性能好、無毒。與傳統的鋰離子電池正極材料LiMn2O4和LiCoO2相比，LiFePO4 原料來源更廣泛、價格更低廉且無環境污染。環境友好、熱穩定性好、是下一代鋰離子蓄電池正極最有競爭力的材料之一。LiFePO4材料雖然具有許多優良的電化學性能，但是還存在擴散係數小等方面的問題。因而國內外學者在提高LiFePO4的導電能力方面競相展開了研究。
基本介紹
- 中文名：磷酸鐵鋰
- 外文名：lithium iron phosphate
- 負極：Li-e-=Li
- 正極：Li++FePO4+e-=LiFePO4
- 總反應：Li+FePO4=LiFePO4
特點,使用材料,現狀,生產商,
特點
LiFePO4是近幾年被廣泛報導的一種鋰離子電池正極材料.。由於其結構穩定、資源豐富、安全性能好、無毒、對環境友好,且理論容量高達170mAh/g，較長的循環次數。
自1996年日本的 NTT 首次揭露 AyMPO4（A為鹼金屬，M 為 Co Fe 兩者之組合：LiFeCoPO4）的橄欖石結構的鋰電池正極材料之後，1997年美國德克薩斯州立大學 John. B. Goodenough 等研究群，也接著報導了 LiFePO4 的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國與日本不約而同地發表橄欖石結構（LiMPO4），使得該材料受到了極大的重視，並引起廣泛的研究和迅速的發展。與傳統的鋰離子二次電池正極材料，尖晶石結構的 LiMn2O4 和層狀結構的 LiCoO2 相比，LiMPO4 的原物料來源更廣泛、價格更低廉且無環境污染。
LiFePO4在自然界是以磷鐵鋰礦形式存在的，具有有序規整的橄欖石型結構，屬於正交晶系，空間群為Pmna，是一種稍微扭曲的六方最密堆積結構。晶體由FeO6八面體和PO4四面體構成空間骨架，P占據四面體位置，而Fe和Li則填充在八面體的空隙中，其中Fe占據共角的八面體位置，Li則占據共邊的八面體位置。晶格中FeO6通過bc面的公共角連線起來，LiO6則形成沿b軸方向的共邊長鏈。一個FeO6八面體與兩個LiO6八面體和一個PO4四面體共邊，而PO4四面體則與一個FeO6八面體和兩個LiO6八面體共邊。Li+具有一維可移動性。充放電過程中可以可逆的脫出和嵌入。材料中由於基團對整個框架的穩定作用，使得具有良好的熱穩定性和循環性能。
使用材料
LiFePO4材料雖然具有許多優良的電化學性能，但是還存在擴散係數小等方面的問題。LiFePO4中的FeO6八面體共頂點, 由於被多氧原子陰離子PO43-四面體分隔, 無法形成連續的FeO6網路結構,從而降低了電子傳導性。另一方面, 晶體中的氧原子按接近於六方緊密堆積的方式排列, 只能為鋰離子提供有限的通道, 使得室溫下鋰離子在其中的遷移速率很小。
在充電過程中，鋰離子和相應的電子從材料中脫出，從而在材料中形成新的FePO4相，並形成相界面。在放電過程中，鋰離子和相應的電子插入材料，從而在FePO4相外面形成新的LiFePO4相。故此對於球形的活性物質顆粒，不論是插入還是脫出，鋰離子都要經歷一個由外到內或者是由內到外的擴散過程。材料在充放電過程中存在一個決定步驟，也就是鋰離子穿過ePO4/LiFePO4幾個納米厚度的界面的擴散。從材料的微觀結構分析，鋰離子占據八面體位置，這種八面體處於ac面上，以共邊形式連線，以鏈狀形式平行c軸於；而鐵離子占據的八面體位置處在相異的ac平面上以共角形式連線，呈之字形狀，平行c軸排列。磷氧四面體連線著含鋰離子的2個ac面。這種結構極大的限制了鋰離子的遷移，這也是材料擴散係數小的本質原因。
LiFePO4的理論比容量為170mAh/g,相對於鋰金屬負極的穩定放電平台為3.4V，相對其他幾種正極材料具有高的比能量,且原料資源豐富、價格便宜、無毒、環境友好、熱穩定性好、安全性高,是下一代鋰離子蓄電池正極材料最有力的競爭者之一。但其較差的導電性和低的Li+擴散係數一直是阻礙其實用化的最主要原因, 因而國內外學者在提高LiFePO4的導電能力方面競相展開了研究。但極低的電子電導率（10-10-10-9 Scm-1）是限制其實際套用的最主要因素。
現狀
目前科研工作者已經能夠通過包覆、摻雜、製備成複合材料等改性方法來克服這一缺點。例如，已經有報導指出部分鋰位被高價金屬離子替換後的材料電導能提高7-8個數量級。
生產商
國內：天津斯特蘭北大先行 湖南瑞翔 蘇州恆正其中天津斯特蘭現在材料穩定批量產業化生產 北大先行小批量生產 國際：加拿大Phostech、美國Valence、美國A123、日本sony. 其中A123規模最大且得到美國政府的大力資助。
正極：Li++FePO4+e-=LiFePO4
負極：Li-e-=Li+
總反應：Li+FePO4=LiFePO4
