中國粉體網(wǎng)訊  磷酸鐵鋰正極材料因其超長壽命、使用安全、耐高溫、大容量、無記憶效應等優(yōu)點被廣泛應用在動力電池和儲能用電池。但人無完人，材料也沒有完美的材料，磷酸鐵鋰的缺點也不少：導電性差、鋰離子擴散速度慢、振實密度較低、低溫性能差、電池存在一致性問題……

有沒有一種與磷酸鐵鋰相似的材料來代替它呢？研究者們早就開始思考這個問題了，并且真的找到幾種材料來研究了一下，讓我們來看看是哪幾種材料。

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，目前已成為鋰電產(chǎn)業(yè)界研究的熱點，有望成為繼磷酸鐵鋰之后的新一代正極材料。

在目前所報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)定電化學窗口。據(jù)相似的放電比容量和壓實密度測算，LiMnPO₄電池的能量密度較LiFePO₄提高約20%，達190Wh·kg^-1，且LiMnPO₄價格更便宜。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。與三元材料相比，LiMnPO₄具有相似的能量密度，但更安全、價格更低。

磷酸錳鋰也有缺點，如電導率低、結構會發(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Li₃V₂(PO₄)₃晶胞單元能可逆脫嵌2個Li⁺，理論容量為133mAh/g，電壓為3.0~4.8V時，第3個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，單斜結構的Li₃V₂(PO₄)₃具有化學穩(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、倍率性能優(yōu)、低溫性能好等優(yōu)點，成為當前極具發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子動力電池正極材料之一。

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

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呈六方密堆積結構，為正交晶系。在LiNiPO₄中，２個NiO₆八面體之間通過共用角連接，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。在這個三維網(wǎng)絡中，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)點是PO₄^3-聚陰離子中的強P-O共價鍵在完全充電時，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，PO₄^3-又趨于降低Ni-O鍵的共價性，可改變Ni²⁺/Ni³⁺的氧化還原電位。

磷酸鎳鋰的缺點：存在純相合成難、電導率低、鋰離子擴散慢的問題。LiNiPO₄的高氧化還原電位已經(jīng)超過了目前電解質(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，其鋰離子脫嵌機理也不是很清楚。

參考來源：

秦來芬.新一代動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展

王華丹.高壓正極材料磷酸鎳鋰研究進展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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