磷酸鐵鋰正極材料摻雜改性的研究進展

李立平，黃鏗齊，李煜乾，譚 澤，黃司平

（廣東光華科技股份有限公司，廣東 汕頭 515000）

磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）電池具有比容量高、循環性能佳、經濟安全等優勢，在通信基站、儲能和動力汽車等領域的應用廣泛。自1997年Padhi[1]等發現LiFePO4材料具有優良的電化學性能以來，LiFePO4逐漸成為發展前景廣闊的鋰離子電池正極材料。然而，較低的鋰離子擴散系數和電子電導率，導致LiFePO4材料的倍率性能差，極大限制了其在高倍率鋰電池領域的商業化應用延伸[2-3]。因此，LiFePO4正極材料的改性研究已成為近年來的研究熱點。

橄欖石型的LiFePO4屬于正交晶系，空間群為Pnmb[4]。如圖1所示，LiFePO4晶體由扭曲的六方密堆積PO4四面體包含于FeO6八面體和LiO6八面體之間而構成。其中，Li原子和Fe原子分別位于八面體的中心位置，LiO6八面體通過b軸方向上共用的2個O原子形成鏈狀結構，FeO6八面體通過c軸方向共用的1個O原子搭建起1個鋸齒狀結構，而Li+在a軸方向形成共棱直線鏈，只能沿著特定b軸作一維擴散運動。因此，P-O共價鍵形成強的離域的立體化學鍵，保證整個框架具有較高的熱力學穩定性；同時，Li-O離子鍵保證Li+在充放電過程中可以自由脫嵌，進而參與離子導電[5-6]。然而，共角的FeO6八面體被PO4四面體的O原子分隔開，無法形成連續的FeO6網絡結構，這限制了Li+的嵌入脫出能力[7]，導致純相LiFePO4的電子導電率、離子電導率和鋰離子擴散系數，分別僅為10-9~10-10s·cm-1、10-13~10-16cm2·s-1和 10-16cm2·s-1，大倍率充放電的容量損失率大[8-9]。因此，克服LiFePO4正極材料的高倍率容量衰減問題，改善材料性能，顯得十分必要。

圖1 磷酸鐵鋰的晶體結構