磷酸铁锂的高性能化研究进展
Progress in High-Performance Lithium Iron Phosphate for Lithium Ion Batteries作者机构：中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016
出 版 物：《现代技术陶瓷》 (Advanced Ceramics)
年 卷 期：2024年第45卷第1期
页 面：74-99页
学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术]
主 题：LiFePO_(4) 制备 表面包覆 掺杂
摘 要：工业革命以来,科技的迅速发展不断丰富着人类的物质生活,与此同时化石能源(石油、煤炭、天然气等)大量消耗,二氧化碳排放逐年增加,全球变暖趋势加剧。燃油汽车是石油消耗的主力军。为落实“双碳战略目标,新能源汽车发展迅猛。作为新能源汽车的动力来源,动力电池备受关注。开发价格低廉、资源丰富、安全性优异的动力电池是发展新能源汽车的重中之重。目前磷酸铁锂(LiFePO_(4))和三元正极材料广泛用作混合动力汽车(Hybrid Electrical Vehicle,HEV)和电动汽车(Electrical Vehicle,EV)锂离子电池中。前几年,受国家补贴政策影响,由于能量密度比三元正极材料低,LiFePO_(4)正极材料的出货量几乎停止增长,而三元正极材料一路高歌猛进,占据了新能源汽车的主要市场。随着补贴政策的退出,具有橄榄石结构的LiFePO_(4)因其具有成本低、安全性高、环境友好等诸多优点又重新获得青睐。同时,由于刀片电池等结构设计上的技术进步,LiFePO_(4)电池的能量密度大幅提高。2021年LiFePO_(4)正极材料的出货量超过三元正极材料,达到47万吨。然而,LiFePO_(4)较低的电子电导率(10^(-9)S cm^(-1))和Li+离子扩散系数(10^(-14)cm^(2)s^(-1)~10^(-16)cm^(2)s^(-1)),严重阻碍了其在动力电池领域的进一步扩展。基于市场对新能源汽车快速充放电的现实需要,提升LiFePO_(4)的电化学性能刻不容缓。目前的策略主要包括通过改善合成条件控制晶体的尺寸和取向、表面包覆、掺杂、缺陷控制等。本文从锂离子电池的组成及工作原理出发,结合LiFePO_(4)的晶体结构特征和充放电机制,深入探讨了LiFePO_(4)高性能化的研究进展,并提出了LiFePO_(4)未来的研究方向和发展趋势。
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