中國(guó)粉體網(wǎng)訊  磷酸鐵鋰正極材料因其超長(zhǎng)壽命、使用安全、耐高溫、大容量、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在動(dòng)力電池和儲(chǔ)能用電池。但人無(wú)完人，材料也沒(méi)有完美的材料，磷酸鐵鋰的缺點(diǎn)也不少：導(dǎo)電性差、鋰離子擴(kuò)散速度慢、振實(shí)密度較低、低溫性能差、電池存在一致性問(wèn)題……

有沒(méi)有一種與磷酸鐵鋰相似的材料來(lái)代替它呢？研究者們?cè)缇烷_(kāi)始思考這個(gè)問(wèn)題了，并且真的找到幾種材料來(lái)研究了一下，讓我們來(lái)看看是哪幾種材料。

磷酸錳鋰（LiMnPO₄）

磷酸錳鋰正極材料具有能量密度高、成本低、安全性高和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為鋰電產(chǎn)業(yè)界研究的熱點(diǎn)，有望成為繼磷酸鐵鋰之后的新一代正極材料。

在目前所報(bào)道的一系列正極材料中，LiMnPO₄正極材料具有4.1V的高電位，比LiFePO₄提高0.7V，且處于現(xiàn)有電解液的穩(wěn)定電化學(xué)窗口。據(jù)相似的放電比容量和壓實(shí)密度測(cè)算，LiMnPO₄電池的能量密度較LiFePO₄提高約20%，達(dá)190Wh·kg^-1，且LiMnPO₄價(jià)格更便宜。與錳酸鋰相比，LiMnPO₄具有相近的工作電壓，但能量密度更高、高溫循環(huán)壽命更長(zhǎng)。與三元材料相比，LiMnPO₄具有相似的能量密度，但更安全、價(jià)格更低。

磷酸錳鋰也有缺點(diǎn)，如電導(dǎo)率低、結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不可逆變化、循環(huán)性差、隨著材料充放電次數(shù)的增加材料會(huì)失活。

磷酸釩鋰（Li₃V₂(PO₄)₃）

Li₃V₂(PO₄)₃屬于P21/n空間群（晶格常數(shù)a=0.8662nm，b=0.8624nm，c=1.2104nm，=90.452°）。在電壓3.0~4.3V范圍內(nèi)，每個(gè)Li₃V₂(PO₄)₃晶胞單元能可逆脫嵌2個(gè)Li⁺，理論容量為133mAh/g，電壓為3.0~4.8V時(shí)，第3個(gè)Li⁺完全脫嵌，理論容量為197mAh/g。

相比于其它鋰離子電池正極材料，單斜結(jié)構(gòu)的Li₃V₂(PO₄)₃具有化學(xué)穩(wěn)定性好、理論容量高(197mAh/g)、工作電壓高(3.0~4.8V)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、倍率性能優(yōu)、低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前極具發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子動(dòng)力電池正極材料之一。

磷酸釩鋰的缺點(diǎn)是電子傳導(dǎo)性低（室溫下僅為2.4×10⁷S/cm），限制了其發(fā)展。研究者主要通過(guò)碳包覆和離子摻雜改善Li₃V₂(PO₄)₃的電子傳導(dǎo)率。

磷酸鎳鋰（LiNiPO₄）

在所有的磷酸鹽橄欖石中，鎳磷橄欖石表現(xiàn)出較高的工作電壓（5.1Vvs.Li⁺/Li）和能量密度（250.2Wh/kg）。橄欖石型LiNiPO₄呈六方密堆積結(jié)構(gòu)，為正交晶系。在LiNiPO₄中，２個(gè)NiO₆八面體之間通過(guò)共用角連接，并且與四面體聚陰離子PO₄^3-交聯(lián)，形成沿著b軸和c軸走向的由Li離子占據(jù)的隧道組成的三維網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)三維網(wǎng)絡(luò)中，密集的氧原子位于六邊形的角落，Li和Ni離子位于八面體位置的中心。這種化合物的優(yōu)點(diǎn)是PO₄^3-聚陰離子中的強(qiáng)P-O共價(jià)鍵在完全充電時(shí)，可以穩(wěn)定氧氣以防止高壓環(huán)境下釋放氧氣，從而使LiNiPO₄成為優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定和安全的材料。同時(shí)，PO₄^3-又趨于降低Ni-O鍵的共價(jià)性，可改變Ni²⁺/Ni³⁺的氧化還原電位。

磷酸鎳鋰的缺點(diǎn)：存在純相合成難、電導(dǎo)率低、鋰離子擴(kuò)散慢的問(wèn)題。LiNiPO₄的高氧化還原電位已經(jīng)超過(guò)了目前電解質(zhì)所能承受的范圍，因而在普通電解液中，很難得到LiNiPO₄材料的充放電曲線，其鋰離子脫嵌機(jī)理也不是很清楚。

參考來(lái)源：

秦來(lái)芬.新一代動(dòng)力鋰離子電池磷酸錳鋰正極材料的研究現(xiàn)狀與展望

董虎林.磷酸釩鋰正極材料摻雜改性研究進(jìn)展

王華丹.高壓正極材料磷酸鎳鋰研究進(jìn)展

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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