磷酸锂铁综述(维基).docVIP

磷酸锂铁 维基百科，自由的百科全书 磷酸锂铁(LiMPO4; LFP) LiMPO4简介 磷酸锂铁（分子式LiMPO4，Lithium Iron Phosphate ，又称磷酸铁锂、锂铁磷，简称LFP），是一种锂离子电池(可另外参见/wiki/%E9%94%82%E7%94%B5%E6%B1%A0) 的正极材料，也称为锂铁磷电池，特色是不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、锂、铁存在于地球的资源含量丰富，不会有供料问题。其工作电压适中（3.2V）、电容量大（170mAh/g）、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，在高温与高热环境下的稳定性高。这个看似不起眼却引发锂电池革命的新材料，为橄榄石结构分类中的一种，矿物学中的学名称为（ triphyllite ），是从希腊字的Tri以及 fylon两个字根而来，在矿石中的颜色可为灰色，红麻灰色，棕色或黑色，相关的矿物资料可参考网站[1]。 为LiFePO4正名 LiFePO4正确的化学式应该是LiMPO4, 物理结构则为橄榄石结构, 而其中的M可以是任何金属, 包括Fe,CO,Mn,Ti等等, 由于最早将LiMPO4商业化的公司所制造的材料是C/LiFePO4, 因此大家就这么习惯地把Lithium Iron Phosphate 其中的一种材料LiFePO4当成是磷酸铁锂。然而从橄榄石结构的化合物而言, 可以用在锂离子电池的正极材料并非只有LiMPO4一种, 据目前所知, 与LiMPO4相同皆为橄榄石结构的Lithium Iron Phosphate 正极材料还有AyMPO4、Li1-xMFePO4、LiFePO4MO等三种与LiMPO4不同的橄榄石化合物(均可简称为LFP)。 LFP的发现 自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合:LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后, 1997年美国德克萨斯州立大学John. B. Goodenough等研究群，也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性[1]，美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4), 使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比，LiMPO4 的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。 LFP运作的原理 LFP橄榄石结构的锂电池正极材料，已经有多家上游专业材料厂展开量产，预料将彻底大幅扩张锂电池的应用领域，将锂电池带到扩展至电动自行车、油电混合车与电动车的新境界；日本东京工业大学由山田淳夫教授所领导的一个研究小组，在2008年8月11日出版的《自然?材料》报告说，磷酸锂铁离子电池将会被用作清洁环保的电动汽车的动力装置，其前景被普遍看好。由山田淳夫教授所领导的东京工业大学与东北大学的联合研究人员，使用中子射线照射磷酸铁，然后分析中子和物质之间的相互作用来研究锂离子在磷酸铁中的运动状态。研究人员的结论是，在磷酸锂铁中，锂离子按照一定方向笔直地扩散开去，这与锂离子在现有的钴等电极材料中的运动方式不同。这样的结论与原先推估的理论完全一致，使用中子绕射分析的结果，更加证实了磷酸锂铁（LFP）可以确保锂电池的大电流输出输入的安全性。 LFP的物理化学性质 磷酸锂铁化学分子式的表示法为：LiMPO4，其中锂为正一价；中心金属铁为正二价；磷酸根为负三价，中心金属铁与周围的六个氧形成以铁为中心共角的八面体FeO6，而磷酸根中的磷与四个氧原子形成以磷为中心共边的四面体 PO4，借由铁的FeO6八面体和磷的PO4四面体所构成的空间骨架，共同交替形成Z字型的链状结构，而锂离子则占据共边的空间骨架中所构成的八面体位置，晶格中FeO6通过 bc 面的共用角连结起来，LiO6则形成沿着b轴方向的共边长链，一个FeO6八面体与两个LiO6八面体和一个PO4四面体共边，而PO4四面体则与一个FeO6八面体和两个LiO6八面体共边。在结晶学的对称分类上属于斜方晶系Orthorhombic中的Pmnb空间群，单位晶格常数为 a=6.008?，b=10.334?，c=4.693?，单位晶格的体积为291.4m3。由于结构中的磷酸基对整个材料的框架具有稳定的作用，使得材料本身具有良好的热稳定性和循环性能。 LiMPO4中的锂离子不同于传统的正极材料LiMn2O4和LiCoO2，其具有一维方向的可移动性，在充放电过程中可以可逆的脱出和迁入并伴随着中心金属铁的氧化与还原。而LiMPO4 的理论电容量为 170mAh/g，并且拥有平稳的电压平台 3.45V。 其锂离子迁入脱出的反应如下所式： LiFe(II)PO4 锂离子脱出后，生成相似结构的 FePO4，但空间群也为Pmnb，单位晶格常数为 a=5.