Page 136 - 能源动力工程的发展与展望

D 能源动力工程的发展与展望
evelopment and Prospects of Energy and Power Engineering

化生产，据《公开整理》报道，截至 2020 年末 NCA 的总市场占有率仅为正极材
料的 1%。NCA 的大规模应用还需在前驱体合成方面进行技术攻关。

四、磷酸亚铁锂

1996 年，日本 OkadaS 等报道了橄榄石结构 AMPO4（A 为碱金属，M 为
CoFe 两者的组合）LiFexCo1–xPO 4 锂电池正极材料，1997 年，J.B.Goodenough
等报道 LiFePO 4 具有可逆插入脱出 Li+ 性能，LiFePO 4 作为 LIB 正极材料迅速引

起了材料学家的关注。与传统的 LiMO 2 （M=Co、Ni、Mn）、LiMn 2 O 4 、NCA、
NCM 正极材料相比，LiFePO 4 物料来源广泛，价格低廉，是已知的正极材料中
对环境最友好、最安全的正极材料。比亚迪公司于 2005 年开始从事 LiFePO 4 动
力电池的研究工作，2008 年实现 LiFePO 4 动力电池批量生产，成为世界上第一
个使用 LiFePO4 作为动力电池正极的公司。LiFePO 4 的理论容量为 175mA·h/g，

但 LiFePO 4 本身电子导电性差，直接使用 LiFePO 4 作为正极材料导致电池极化
大，使用过程发热现象严重。经少量碳包覆后，LiFePO 4 室温 0.2C 充放电比容
量达 160mA·h/g，10C 放电容量达 110mA·h/g，电压平台为 3.5Vvs.Li+/Li。在

LiFePO 4 晶胞中，Li+ 只能沿着 c 轴方向扩散，且扩散能垒高达 0.6eV，Li+ 扩散
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系数约为 10~15cm /s。更重要的是，LiFePO 4 的电子电导率低至 10~8S/cm，因而
LiFePO 4 的大电流放电性能不理想，通过离子掺杂、导电碳包覆等改性可使其导
电性提高 10000 倍以上。另外，LiFePO 4 的导电性对温度非常敏感，低温使电池

极化显著增加，开路电压显著降低。LiFePO 4 在 –20℃的放电量不足 25℃时放电
量的 50%，因而使用 LiFePO 4 作动力电池正极的电动汽车在北方冬季很难启动，
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续航里程大打折扣。LiFePO 4 的理论密度为 3.6g/cm ，无规则形状 LiFePO 4 颗粒
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的振实密度只有 1.2g/cm ，极片的压实密度仅 2.1~2.4g/cm ，而 LiCoO 2 极片的压
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实密度达到 4.1~4.3g/cm ，导致 LiFePO 4 正极 LIB 体积比能量密度低。将颗粒球形
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化可将 LiFePO 4 的振实密度提高至 1.6~1.8g/cm3，极片压实密度提高至 3.0g/cm 。
采用涂碳铝箔作为集流体相对于传统的刻蚀铝箔集流体可在一定范围内提高
LiFePO 4 的倍率性能。

五、商业化正极材料物性数据对比

目前商业化 LIB 正极材料主要是层状镍、钴、锰基体的锂氧化物及尖晶石型

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