簡析磷酸錳鋰與磷酸鈷鋰：兼顧安全性能與能量密度

　　磷酸鐵鋰材料憑借著其優(yōu)異的安全性能和循環(huán)性能，在電動汽車領(lǐng)域取得了巨大的成功，但是磷酸鐵鋰材料工作電壓較低，電壓平臺只有3.2V左右，理論容量為167mAh/g，實際容量只有140mAh/g左右，因此采用磷酸鐵鋰材料的鋰離子電池能量密度要明顯低于鈷酸鋰電池，磷酸鐵鋰材料只適合應(yīng)用在一些對能量密度要求不高，對安全性要求較高的場景，例如電動大巴，電動汽車，以及分布式儲能等領(lǐng)域。為了保留磷酸鐵鋰安全性高的優(yōu)點，又能提高其工作電壓，從而提高能力密度，人們嘗試將磷酸鐵鋰材料中的鐵元素替換為錳元素和鈷元素，下面我們介紹一下磷酸錳鋰和磷酸鈷鋰。

　　磷酸錳鋰

　　磷酸鐵鋰材料良好的安全性，以及穩(wěn)定的循環(huán)性能使其成為了電動汽車用動力電池的首選材料。但是磷酸鐵鋰又具有先天缺陷，電壓平臺低，其工作電壓平臺僅在3.2V左右，這極大的限制了采用了磷酸鐵鋰的鋰離子電池的能量密度，因此采用磷酸鐵鋰的電動汽車都不得不裝配更大體積的電池，這對提高電動汽車的續(xù)航里程明顯是不利的，包括特斯拉在內(nèi)眾多電動車廠商都摒棄了磷酸鐵鋰材料。那么是否有一種材料既能夠具有磷酸鐵鋰良好的安全性能，還能具有較高的能量密度呢？

　　答案自然是肯定，這就是目前正處于研究階段的磷酸錳鋰材料，以及磷酸鈷鋰材料了。要理解磷酸鹽類材料為何具有良好的安全性能和循環(huán)穩(wěn)定性，就要從磷酸鹽類材料的微觀結(jié)構(gòu)入手，包括磷酸鐵鋰在內(nèi)的磷酸鹽類材料都具有橄欖石結(jié)構(gòu)，下面以磷酸鐵鋰材料的結(jié)構(gòu)圖簡單給大家介紹一下。與LiCoO2材料的層狀結(jié)構(gòu)不同，磷酸鐵鋰材料具有六方密堆結(jié)構(gòu)，空間群為Pmnb型。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，其晶體結(jié)構(gòu)由LiO6八面體和FeO6八面體，PO4四面體包含在此結(jié)構(gòu)中。其中FeO6八面體和PO4四面體交叉連接，這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢是穩(wěn)定性好，因此即使在充電的過程中鋰離子全部脫出，也不存在這結(jié)構(gòu)崩塌的問題，因此磷酸鹽類材料都具有良好的耐過充和浮充的特性。但是這種結(jié)構(gòu)也存在著顯著的缺點，既由于材料中沒有連續(xù)的FeO6共棱八面體網(wǎng)絡(luò)，不能夠形成電子導(dǎo)體，因此電子的傳到只能通過Fe-O-Fe進(jìn)行，因此材料的電子導(dǎo)電性極差，只有10-9S/cm。同時材料中P原子通過P-O強(qiáng)共價鍵形成PO4四面體，O原子很難從結(jié)構(gòu)中脫出，因此材料具有十分高的安全性和穩(wěn)定性，在常壓下即使加熱到200℃材料仍然是穩(wěn)定的。

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