磷酸鐵鋰（分子式： LiFePO4 ，英文： Lithiumiron phosphate ，簡(jiǎn)稱(chēng) LFP ），是一種鋰離子電池的正極材料。以其正極材料命名的磷酸鐵鋰電池也稱(chēng)為鐵鋰電池，特色是不含鈷等貴重元素，原料價(jià)格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富，
 磷酸鐵鋰（分子式：LiFePO4，英文：Lithium iron phosphate，簡(jiǎn)稱(chēng)LFP），是一種鋰離子電池的正極材料。以其正極材料命名的磷酸鐵鋰電池也稱(chēng)為鐵鋰電池，特色是不含鈷等貴重元素，原料價(jià)格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富，不會(huì)有供料問(wèn)題。其工作電壓適中（3.2V）、單位重量下電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長(zhǎng)，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
化學(xué)式
磷酸鐵鋰的化學(xué)式是LiFePO4，屬于磷酸鹽鋰電池LiMPO4的一種，物理結(jié)構(gòu)則為橄欖石結(jié)構(gòu)，而其中的 M 可以是任何金屬，包括 Fe、Co、Mn、Ti 等等，由于最早將LiMPO4 商業(yè)化的公司所制造的材料是C/LiFePO4，因此大家就這么習(xí)慣地把 Lithium iron phosphate 其中的一種材料 LiFePO4 當(dāng)成是磷酸鹽鋰電池。從橄欖石結(jié)構(gòu)的化合物而言，可以用在鋰離子電池的正極材料并非只有 LiMPO4 一種，據(jù)目前所知，與LiMPO4 相同皆為橄欖石結(jié)構(gòu)的 Lithium iron phosphate 正極材料還有 AyMPO4、Li1-xMFePO4、LiFePO4?MO 等三種與 LiMPO4 不同的橄欖石化合物（均可簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)FP）。
發(fā)現(xiàn)歷史
自1996年日本的 NTT 首次揭露 AyMPO4（A為堿金屬，M 為 Co Fe 兩者之組合：LiFeCoPO4）的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后，1997年美國(guó)德州大學(xué)的約翰·B·古迪納夫(John. B. Goodenough)教授等研究團(tuán)隊(duì)，也接著報(bào)導(dǎo)了 LiFePO4 的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國(guó)與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)（LiMPO4），使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料，尖晶石結(jié)構(gòu)的 LiMn2O4 和層狀結(jié)構(gòu)的 LiCoO2 相比，LiMPO4 的原物料來(lái)源更廣泛、價(jià)格更低廉且無(wú)環(huán)境污染。
物理化學(xué)性質(zhì)
磷酸鋰鐵化學(xué)分子式的表示法為：LiMPO4，其中鋰為正一價(jià)；中心金屬鐵為正二價(jià)；磷酸根為負(fù)三價(jià)，中心金屬鐵與周?chē)牧鶄€(gè)氧形成以鐵為中心共角的八面體 FeO6，而磷酸根中的磷與四個(gè)氧原子形成以磷為中心共邊的四面體 PO4，借由鐵的 FeO6 八面體和磷的 PO4 四面體所構(gòu)成的空間骨架，共同交替形成 Z 字型的鏈狀結(jié)構(gòu)，而鋰離子則占據(jù)共邊的空間骨架中所構(gòu)成的八面體位置，晶格中 FeO6通過(guò) bc 面的共用角連結(jié)起來(lái)，LiO6 則形成沿著 b 軸方向的共邊長(zhǎng)鏈，一個(gè) FeO6 八面體與兩個(gè) LiO6 八面體和一個(gè) PO4 四面體共邊，而 PO4 四面體則與一個(gè) FeO6 八面體和兩個(gè) LiO6 八面體共邊。在結(jié)晶學(xué)的對(duì)稱(chēng)分類(lèi)上屬于斜方晶系中的 Pmnb 空間群，單位晶格常數(shù)為 a=6.008?，b=10.334?，c=4.693?，單位晶格的體積為 291.4?3。由于結(jié)構(gòu)中的磷酸基對(duì)整個(gè)材料的框架具有穩(wěn)定的作用，使得
材料本身具有良好的熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能。
LiMPO4 中的鋰離子不同于傳統(tǒng)的正極材料 LiMn2O4 和 LiCoO2，其具有一維方向的可移動(dòng)性，在充放電過(guò)程中可以可逆的脫出和遷入并伴隨著中心金屬鐵的氧化與還原。而 LiMPO4 的理論電容量為170mAh/g，并且擁有平穩(wěn)的電壓平臺(tái) 3.45V。其鋰離子遷入脫出的反應(yīng)如下所式：
鋰離子脫出后，生成相似結(jié)構(gòu)的 FePO4，但空間群也為 Pmnb，單位晶格常數(shù)為 a=5.792?，b=9.821?，c=4.788?，單位晶格的體積為 272.4?3，鋰離子脫出后，晶格的體積減少，這一點(diǎn)與鋰的氧化物相

似。而 LiMPO4中的 FeO6 八面體共頂點(diǎn)，因?yàn)楸?PO43?四面體的氧原子分隔，無(wú)法形成連續(xù)的 FeO6 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而降低了電子傳導(dǎo)性。另一方面，晶體中的氧原子接近于六方最密堆積的方式排列，因此對(duì)鋰離子僅提供有限的通道，使得室溫下鋰離子在結(jié)構(gòu)中的遷移速率很小。在充電的過(guò)程中，鋰離子和相應(yīng)的電子由結(jié)構(gòu)中脫出，而在結(jié)構(gòu)中形成新的 FePO4 相，并形成相界面。在放電過(guò)程中，鋰離子和相應(yīng)的電子遷入結(jié)構(gòu)中，并在FePO4 相外面形成新的 LiMPO4 相。因此對(duì)于球形的正極材料的顆粒，不論是遷入還是脫出，鋰離子都要經(jīng)歷一個(gè)由外到內(nèi)或者是由內(nèi)到外的結(jié)構(gòu)相的轉(zhuǎn)換程。材料在充放電過(guò)程中存在一個(gè)決定步驟，也就是產(chǎn)生 LixFePO4 / Li1-xFePO4 兩相界面。隨著鋰的不斷遷入脫出，界面面積減小，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界表面積后，生成的 FePO4 電子和離子導(dǎo)電率均低，成為兩相結(jié)構(gòu)。因此，位于粒子中心的 LiMPO4 得不到充分利用，特別是在大電流的條件下。
 若不考慮電子導(dǎo)電性的限制，鋰離子在橄欖石結(jié)構(gòu)中的遷移是通過(guò)一維通道進(jìn)行的，并且鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)高，并且 LiMPO4 經(jīng)過(guò)多次充放電，橄欖石結(jié)構(gòu)依然穩(wěn)定，鐵原子依然處于八面體位置，可以做為循環(huán)性能優(yōu)良的正極材料。在充電過(guò)程中，鐵原子位于八面體位置，均處于高自旋狀態(tài)。
LFP制備方式
與鋰金屬氧化物一樣，LiMPO4 可以采用的合成制作方式大約分為以下的方法：
固相合成法
乳化干燥法
溶膠凝膠法
溶液共沉法
氣相沉積法
電化學(xué)合成法
電子束輻照合成法
微波法
水熱法
超音波裂解法
噴霧裂解法
……
依據(jù)工藝的不同可以達(dá)到不同的結(jié)果，例如，乳化干燥法是先將煤油與乳化劑混合，然后與鋰鹽、鐵鹽的水溶液混合，利用該法可以控制碳粒子的大小在納米范圍，而采用水熱法可以得到晶形良好的 LiMPO4，但是為了加入導(dǎo)電碳，在水溶液中加入聚乙二醇，再借由熱處理過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，而氣相沉積法可以用來(lái)制備薄膜型態(tài)的 LiMPO4。值得一提的是，本公司從2002年就進(jìn)入鋰電行業(yè)，擁有成熟的磷酸鐵鋰氣氛推板窯，以及{zx1}的氣氛輥道窯，歡迎各位新老朋友前來(lái)參觀交流。
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