中国粉体网讯 橄榄石结构过渡金属磷酸盐磷酸铁锂（LiFePO4）是常用的锂离子正极材料之一，理论比容量为170mA/g，电压平台为3.7V，在全充电状态下具有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能，因此成为现今动力、储能锂离子电池领域研究和生产开发的重点。但由于其本身结构的限制，导致以LiFePO4为正极材料的锂离子电池导电率差、锂离子扩散速率慢，在低温条件下放电性能较差，近年来渐渐比不上三元正极材料了。
四大正极材料性能对比
结构决定性质
橄榄石结构LiFePO4，是聚阴离子框架结构，其结构基元是LiO6八面体、FeO6八面体和PO4四面体，磷酸根中强的P-O共价键在完全充电状态下稳定了氧原子，避免其被氧化生产氧气而释放，该结构的存在使得LiFePO4成为一种安全的正极材料。而且由于其稳定的聚阴离子框架结构，LiFePO4的循环性能非常好。LiFePO4的不足之处在于电子电导率和离子电导率较低，分别为10−9S·cm−1和10−10-10−15cm2·s−1，作为正极材料应用于锂离子电池表现出较差的倍率性能。除此之外LiFePO4的能量密度也不高。
LiFePO4的晶体结构示意图
优化结构，改变性能
既然结构决定了磷酸铁锂的性质，那么想改变磷酸铁锂的性能就需要对其结构进行优化。可采用的方法有：
1复合包覆、掺杂及表面修饰技术
通过对磷酸铁锂进行掺杂与包覆工艺相结合，实现了材料本征改性与表面修饰改性的复合，有效改善了材料表面特性和导电性能，从而可以提高材料的电化学性能。
2磷酸铁锂正极材料纳米化合成和表面修饰技术
纳米化是提高磷酸铁锂电化学性能的有效方法。采用液相以及固液相复合方法，通过添加剂的优化选择以及工艺的优化，可以实现对纳米磷酸铁锂材料的可控合成，并进一步结合包覆及复合掺杂等技术，实现对纳米磷酸铁锂材料的共掺杂以及表面复合改性，合成出性能优异的纳米磷酸铁锂材料。
这些方法当然是有效的，但却远远不够。
“刀片电池”，提升性能
近日比亚迪推出的“刀片电池”彻底颠覆了磷酸铁锂的江湖地位。
因为磷酸铁锂的安全性很高，所以比亚迪虽然也涉足三元正极材料，却没有放弃过磷酸铁锂。刀片电池凝结了比亚迪在动力电池领域近二十年研发和应用经验，集成比亚迪从电池原材料制取到动力电池包制造全产业链优势，兼具高安全、长寿命和长续航三重优势，让磷酸铁锂电池重新焕发活力。
这种电池究竟厉害在什么地方呢？
传统磷酸铁锂电池包含三层结构：电芯、模组和电池包，由于电芯和模组的支撑固定结构件要占据很大一部分空间，因此电池包的综合空间利用率仅有40％。比亚迪工程师对刀片电池的电池包结构进行重塑，由电芯直接成包（CTP），省去模组和结构件，使刀片电池的电池包空间利用率提高到了60％。
这种封装方式的好处是：①提高了动力电池包的空间利用率以及能量密度，体积能量密度比传统磷酸铁电池提升50％，重量比能量密度可达到180Wh/kg；②相较方形铝壳电芯方案，刀片电池保证了电芯具有足够大的散热面积，可将内部的热量快速传导至外部，降低内部温度；③由于电池更长，更远的极耳距离减小了内部短路的风险和热量的产生，更薄的厚度也进一步降低了穿刺过程中的热量累积，提升了电池包的强度和安全。
磷酸铁锂的最大短板被比亚迪用“刀片”的概念解决，而且依然保留它的强项——安全性好。一旦这款电池推向市场，三元正极材料的优势将被大大削弱，这让我们不得不重新认识磷酸铁锂。
参考来源：
张克宇.锂离子电池磷酸铁锂正极材料的研究进展
胡江涛.锂电池磷酸铁锂正极材料的结构与性能相关性的研究进展
成富圈.高性能磷酸铁锂正极材料合成及规模化生产关键技术研究
电脑之家.比亚迪“刀片电池”利刃出鞘 引领新能源汽车技术变革
（中国粉体网编辑整理/墨玉）
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