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磷酸铁锂(分子式:LiFePO4,英文:Lithiumironphosphate,简称LFP),是一种锂离子电池的正极材料。以其正极材料命名的磷酸铁锂电池也称为铁锂电池,特色是不含钴等贵重元素,原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富,
 磷酸铁锂(分子式:LiFePO4,英文:Lithiumironphosphate,简称LFP),是一种锂离子电池的正极材料。以其正极材料命名的磷酸铁锂电池也称为铁锂电池,特色是不含钴等贵重元素,原料价格低且磷、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)、单位重量下电容量大(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。
化学式
磷酸铁锂的化学式是LiFePO4,属于磷酸盐锂电池LiMPO4的一种,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Lithiumironphosphate其中的一种材料LiFePO4当成是磷酸盐锂电池。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Lithiumironphosphate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)。
发现历史
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年美国德州大学的约翰·B·古迪纳夫(John.B.Goodenough)教授等研究团队,也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性,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。
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291.43。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。
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