磷酸鐵鋰的晶格結構圖

磷酸鐵鋰在自然界中以磷鐵鋰礦的形式存在，具有有序的橄欖石結構。磷酸鋰鐵化學分子式為：LiMPO4，其中鋰為正一價;中心金屬鐵為正二價;磷酸根為負三價，常用作鋰電池正極材料。磷酸鐵鋰電池的應用領域有：儲能設備、電動工具類、輕型電動車輛、大型電動車輛、小型設備和移動電源，其中新能源電動車用磷酸鐵鋰約占磷酸鐵鋰總量的45%。

二、磷酸鐵鋰作鋰電正極材料

與其他鋰電池正極材料相比，橄欖石結構的磷酸鐵鋰更具有安全、環保、廉價、循環壽命長、高溫性能好等優點，是最具潛力的鋰離子電池正極材料之一。

安全性能高

磷酸鐵鋰晶體中有穩固的P-O鍵，難以分解，在過充和高溫時不會結構崩塌發熱或生成強氧化物，過充安全性較高。

循環壽命長

鉛酸電池的循環壽命在300次左右，使用壽命在1~1.5年之間。而磷酸鐵鋰電池循環次數可達2000以上，理論上使用壽命能達7~8年。

高溫性能好

磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃，而錳酸鋰和鈷酸鋰只有200℃左右。

環保

磷酸鐵鋰電池一般被認為不含重金屬和稀有金屬，無毒，無污染，是絕對的綠色環保電池。

磷酸鐵鋰作為正極材料的充放電作用機理不同于其他傳統材料，其充放電參與電化學反映的是磷酸鐵鋰的磷酸鐵兩相，充放電反應如下：

充電反應：

LiFePO4 -xLi+ - xe- → xFePO4 + (1-x)LiFePO4

放電反應：

FePO4 + xLi+ + xe- → xLiFePO4 + (1-x)FePO4

充電時，Li+ 從LiFePO4中脫離出來，Fe2+ 失去一個電子變成 Fe3+;放電時，Li+ 嵌入磷酸鐵中變成 LiFePO4 。Li+ 的變化發生在LiFePO4 / FePO4 界面，因此其充放電曲線非常平坦，電位也較穩定，適合做電極材料。

三、磷酸鐵鋰的制備

制備磷酸鐵鋰的原料豐富。部分常見鋰源、鐵源、碳源、磷源如下：

磷酸鐵鋰粉體的制備在一定程度上會影響其作為正極材料的性能。目前制備磷酸鐵鋰的方法很多，如高溫固相反應法、碳熱還原法以及尚未規模化的水熱法、噴霧熱解法、溶膠-凝膠法、共沉淀法等。

1.高溫固相反應法

高溫固相反應法是制備磷酸鐵鋰是目前發展最為成熟也是使用最廣泛的方法。將鐵源、鋰源、磷源按化學計量比均勻混合干燥后，在惰性氣氛下，首先在較低溫度(300~350℃)下燒結5~10h，使原材料初步分解，然后再在高溫(600~800℃)下燒結10~20h得到橄欖石型磷酸鐵鋰。

高溫固相法合成磷酸鐵鋰工藝簡單，制備條件容易控制，缺點是晶體尺寸較大，粒徑不易控制、分布不均勻，形貌也不規則，產品倍率特性差。

2.碳熱還原法

碳熱還原法是在原材料混合中加入碳源(淀粉、蔗糖等)做還原劑，通常和高溫固相法一起使用，碳源在高溫煅燒中可以將Fe3+ 還原為Fe2+ ，避免了反應過程中Fe2+變成Fe3+，使合成過程更加合理，但是反應時間相對較長，對條件的控制更為嚴苛。

3.噴霧熱解法

噴霧熱解法是一種得到均勻粒徑和規則形狀的磷酸鐵鋰粉體的有效手段。前驅體隨載氣噴入450~650℃的反應器中，高溫反應后得到磷酸鐵鋰。噴霧熱解法制備的前驅體霧滴球形度較高、粒度分布均勻，經過高溫反應后會得到類球形的磷酸鐵鋰。磷酸鐵鋰球形化有利于增加材料的比表面積，提高材料的體積比能量。

4.水熱法

水熱法屬于液相合成法，是指在密封的壓力容器中以水為溶劑，通過原料在高溫高壓的條件下進行化學反應，經過濾洗滌、烘干后得到納米前驅體，最后經高溫煅燒后即可得到磷酸鐵鋰。水熱法制備磷酸鐵鋰具有容易控制晶型和粒徑，物相均一，粉體粒徑小，過程簡單等優點，但需要高溫高壓設備，成本高，工藝比較復雜。

除上述方法外還有共沉淀法、溶膠-凝膠法、氧化-還原法、乳化干燥法、微波燒結法等多種方法。

四、總結

盡管磷酸鐵鋰的制備方法較多，但是除高溫固相反應法得以工業化應用以外，大都處于實驗室研究階段。隨著對磷酸鐵鋰制備及改性等技術研究的不斷深入，磷酸鐵鋰作正極材料的產業化速度也會不斷加快。

來源：中國選礦技術網