橄欖石結構過渡金屬磷酸鹽磷酸鐵鋰（LiFePO4）是常用的鋰離子正極材料之一，理論比容量為170mA/g，電壓平臺為3.7V，在全充電狀態下具有良好的熱穩定性、較小的吸溼性和優良的充放電循環性能，因此成為現今動力、儲能鋰離子電池領域研究和生產開發的重點。但由於其本身結構的限制，導致以LiFePO4為正極材料的鋰離子電池導電率差、鋰離子擴散速率慢，在低溫條件下放電性能較差，近年來漸漸比不上三元正極材料了。
四大正極材料性能對比
結構決定性質
橄欖石結構LiFePO4，是聚陰離子框架結構，其結構基元是LiO6八面體、FeO6八面體和PO4四面體，磷酸根中強的P-O共價鍵在完全充電狀態下穩定了氧原子，避免其被氧化生產氧氣而釋放，該結構的存在使得LiFePO4成為一種安全的正極材料。而且由於其穩定的聚陰離子框架結構，LiFePO4的循環性能非常好。LiFePO4的不足之處在於電子電導率和離子電導率較低，分別為10−9S·cm−1和10−10-10−15cm2·s−1，作為正極材料應用於鋰離子電池表現出較差的倍率性能。除此之外LiFePO4的能量密度也不高。
LiFePO4的晶體結構示意圖
優化結構，改變性能
既然結構決定了磷酸鐵鋰的性質，那麼想改變磷酸鐵鋰的性能就需要對其結構進行優化。可採用的方法有：
1複合包覆、摻雜及表面修飾技術
通過對磷酸鐵鋰進行摻雜與包覆工藝相結合，實現了材料本徵改性與表面修飾改性的複合，有效改善了材料表面特性和導電性能，從而可以提高材料的電化學性能。
2磷酸鐵鋰正極材料納米化合成和表面修飾技術
納米化是提高磷酸鐵鋰電化學性能的有效方法。採用液相以及固液相複合方法，通過添加劑的優化選擇以及工藝的優化，可以實現對納米磷酸鐵鋰材料的可控合成，並進一步結合包覆及複合摻雜等技術，實現對納米磷酸鐵鋰材料的共摻雜以及表面複合改性，合成出性能優異的納米磷酸鐵鋰材料。
這些方法當然是有效的，但卻遠遠不夠。
“刀片電池”，提升性能
近日比亞迪推出的“刀片電池”徹底顛覆了磷酸鐵鋰的江湖地位。
因為磷酸鐵鋰的安全性很高，所以比亞迪雖然也涉足三元正極材料，卻沒有放棄過磷酸鐵鋰。刀片電池凝結了比亞迪在動力電池領域近二十年研發和應用經驗，集成比亞迪從電池原材料製取到動力電池包製造全產業鏈優勢，兼具高安全、長壽命和長續航三重優勢，讓磷酸鐵鋰電池重新煥發活力。
這種電池究竟厲害在什麼地方呢？
傳統磷酸鐵鋰電池包含三層結構：電芯、模組和電池包，由於電芯和模組的支撐固定結構件要佔據很大一部分空間，因此電池包的綜合空間利用率僅有40％。比亞迪工程師對刀片電池的電池包結構進行重塑，由電芯直接成包（CTP），省去模組和結構件，使刀片電池的電池包空間利用率提高到了60％。
這種封裝方式的好處是：①提高了動力電池包的空間利用率以及能量密度，體積能量密度比傳統磷酸鐵電池提升50％，重量比能量密度可達到180Wh/kg；②相較方形鋁殼電芯方案，刀片電池保證了電芯具有足夠大的散熱面積，可將內部的熱量快速傳導至外部，降低內部溫度；③由於電池更長，更遠的極耳距離減小了內部短路的風險和熱量的產生，更薄的厚度也進一步降低了穿刺過程中的熱量累積，提升了電池包的強度和安全。
磷酸鐵鋰的最大短板被比亞迪用“刀片”的概念解決，而且依然保留它的強項——安全性好。一旦這款電池推向市場，三元正極材料的優勢將被大大削弱，這讓我們不得不重新認識磷酸鐵鋰。
參考來源：
張克宇.鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的研究進展
胡江濤.鋰電池磷酸鐵鋰正極材料的結構與性能相關性的研究進展
成富圈.高性能磷酸鐵鋰正極材料合成及規模化生產關鍵技術研究
電腦之家.比亞迪“刀片電池”利刃出鞘 引領新能源汽車技術變革
（中國粉體網編輯整理/墨玉）
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