LiFePO4是近幾年被廣泛報(bào)道的一種鋰離子電池正極材料。。由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、資源豐富、安全性能好、無毒、對(duì)環(huán)境友好，且理論容量高達(dá)170mAh/g，較長(zhǎng)的循環(huán)次數(shù)。
自1996年日本的 NTT 首次揭露 AyMPO4（A為堿金屬，M 為 Co Fe 兩者之組合：LiFeCoPO4）的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后，1997年美國(guó)德克薩斯州立大學(xué) John. B. Goodenough 等研究群，也接著報(bào)道了 LiFePO4 的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國(guó)與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)（LiMPO4），使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料，尖晶石結(jié)構(gòu)的 LiMn2O4 和層狀結(jié)構(gòu)的 LiCoO2 相比，LiMPO4 的原物料來源更廣泛、價(jià)格更低廉且無環(huán)境污染。
LiFePO4在自然界是以磷鐵鋰礦形式存在的，具有有序規(guī)整的橄欖石型結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系，空間群為Pmnb，是一種稍微扭曲的六方最密堆積結(jié)構(gòu)。晶體由FeO6八面體和PO4四面體構(gòu)成空間骨架，P占據(jù)四面體位置，而Fe和Li則填充在八面體的空隙中，其中Fe占據(jù)共角的八面體位置，Li則占據(jù)共邊的八面體位置。晶格中FeO6通過bc面的公共角連接起來，LiO6則形成沿b軸方向的共邊長(zhǎng)鏈。一個(gè)FeO6八面體與兩個(gè)LiO6八面體和一個(gè)PO4四面體共邊，而PO4四面體則與一個(gè)FeO6八面體和兩個(gè)LiO6八面體共邊。Li+具有一維可移動(dòng)性。充放電過程中可以可逆的脫出和嵌入。材料中由于基團(tuán)對(duì)整個(gè)框架的穩(wěn)定作用，使得具有良好的熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能。
國(guó)外早已將鋰離子電池用于航空、水中兵器等領(lǐng)域，但該類電池本身的安全性制約了其在軍事方面的廣泛應(yīng)用。磷酸亞鐵鋰電池與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，具有較高的熱穩(wěn)定性和較高的安全性，理論分析和試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)作為可充式軍用電源首要選擇。
軍用電源對(duì)安全性、方便性、能量密度、環(huán)境適應(yīng)性以及耐濫用性具有較高的要求。鋰離子電池以其具有較高的能量密度、免維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)一直受到各界的青睞，但其自身安全性一直令人擔(dān)憂。LiFePO4鋰離子電池的應(yīng)用為滿足軍用電源找到了希望。
LiFePo4鋰離子電池工作原理
LiFePO鋰離子電池主要由正極片、隔膜、負(fù)極片、電解液、極柱（極耳）和外包裝構(gòu)成。正極的活性物質(zhì)為磷酸亞鐵鋰，負(fù)極活性物質(zhì)為碳。充電時(shí)，鋰離子從磷酸亞鐵鋰材料中脫出，以電解液為載體，透過隔膜到達(dá)負(fù)極，嵌入碳材料，電子則從正極通過外電路到達(dá)負(fù)極，維持化學(xué)反應(yīng)平衡；放電時(shí)鋰離子和電子的運(yùn)動(dòng)方向則相反。
在正極上進(jìn)行的充放電反應(yīng)如下：
充電反應(yīng)：
LiFeP04一xLi+-xe。-~xFeP04+（1一x）LiFePO4
放電反應(yīng)：
FePO4+xLi+xe。-~xLiFePO4+（1·x）FeP04
LiFePo4鋰離子電池特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
耐高溫
鋰離子電池在UUV內(nèi)的空間受到很大限制，因此結(jié)構(gòu)緊湊，不利于散熱，這要求電池有很好的耐高溫性能。與以LiCoO2、LiMn204和三元材料為正極活性物質(zhì)的鋰離子電池相比，LiFePO4鋰離子電池的電化學(xué)性能有了顯著的改進(jìn)，這是由其結(jié)構(gòu)決定的。在磷酸亞鐵鋰中Li具有二維可移動(dòng)性，在充放電過程中鋰離子的脫出和嵌入受到很強(qiáng)的P—O共價(jià)鍵形成的離域環(huán)境影響，使磷酸亞鐵鋰具有很強(qiáng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。所以LiFePO4鋰離子電池具有良好的高溫安全性能，在高倍率充、放電時(shí)極柱的溫度甚至升高到170~C的情況下，仍能保持安全使用。表1列出了常用正極材料的差熱分析（DSC）數(shù)據(jù)。
從表1可以看出目前所發(fā)現(xiàn)的鋰離子電池正極材料中，磷酸亞鐵鋰的安全性最好。
