LiFePO4正极材料在高温条件下的性能特点(3)
1.2 LiFePO4 的结构及性能特点
LiFePO4具有橄榄石结构, Li+在其中能可逆地进行嵌入/脱嵌，对应于Fe3+/Fe2+的互相转换, 具有3.5V电势(对Li+/ Li),且有较长的电压平台。由于P-O共价键强度非常大,，所以PO3- 4具有很高的稳定性，如抗高温和抗过充-放电。LiFePO4的理论比容量是170mAh/g[6]。LiFePO4尽管有上述诸多优点，但也存在以下[7]两个缺点:（1）该材料低的电子电导率、堆积密度小和低的锂离子迁移速率限制了它的倍率性能，因此改进其电导率和锂离子扩散率成为电化学界研究的重点。（2）合成理想的LiFePO4不容易，在合成时也必须要注意防止Fe2+被氧化为Fe3+。
1.3 磷酸铁锂电池的原理和特点
电池[8]一般包括：正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、密封圈、PTC（正温度控制端子）、电池壳等。其中正极材料、负极材料、电解质以及隔膜的不同或者工艺的不同，对电池的性能和价格有着决定性的影响。
1.3.1 磷酸铁锂电池结构及工作
通常所称的锂电池，是以各种含锂材料为正极材料的电池，目前市场上的锂离子电池正极材料主要是[9]钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4），另外还有少数采用镍酸锂（LiNiO2）以及二元/三元聚合物作正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP）材料作电池正极的锂离子电池， 其内部结构如图一所示：左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳、铝塑复合膜或塑料壳密闭封装[5]。在充电的过程中，锂离子和相应的电子由结构中脱出，而在结构中形成新的FePO4相，并形成相界面。在放电过程中，锂离子和相应的电子迁入结构中，并在 FePO4相外面形成新的 LiMPO4相。因此对于球形的正极材料的颗粒，不论是迁入还是脱出，锂离子都要经历一个由外到内或者是由内到外的结构相的转换程[10-12]。材料在充放电过程中存在一个决定步骤，也就是产生 LixFePO4/ Li1-xFePO4两相界面。随着锂的不断迁入脱出，界面面积减小，当到达临界表面积后，生成的FePO4电子和离子导电率均低，成为两相结构。因此，位于粒子中心的LiMPO4得不到充分利用，特别是在大电流的条件下。
若不考虑电子导电性的限制[13]，锂离子在橄榄石结构中的迁移是通过一文通道进行的，锂离子的扩散系数高，并且 LiMPO4经过多次充放电，橄榄石结构依然稳定，铁原子依然处于八面体位置，可以做为循环性能优良的正极材料[14]。在充电过程中，铁原子位于八面体位置，均处于高自旋状态。
图1. 磷酸铁锂电池内部结构
LiFePO4电池的工作原理[15]是：电池充电时，正极材料中的锂离子脱出来，经过电解液，穿过隔膜进入到负极材料中；电池放电时，锂离子又从负极中脱出来，经过电解液，穿过隔膜回到正极材料中。（注：锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的，所以锂离子电池又称“摇椅电池”）。
1.3.2 磷酸铁锂电池的性能特点
超长寿命：长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池在室温下1C充放电循环2000次，容量保持率80%以上；是铅酸电池5倍，镍氢电池的4倍，是钴酸锂电池4倍，是锰酸锂电池4-5倍左右。