LiMPO4根底教材
磷酸锂铁（分子式LiMPO4，Lithium Iron Phosphate ，又称磷酸铁锂、锂铁磷，简称LFP），是一种锂离子电池(可别的拜见http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%94%82%E7%94%B5%E6%B1%A0) 的正极资料，也称为锂铁磷电池，特征是不含钴等宝贵元素，质料价格低且磷、锂、铁存在于地球的资源含量丰厚，不会有供料问题。其作业电压适中（3.2V）、电容量大（170mAh/g）、高放电功率、可快速充电且循环寿数长，在高温与高热环境下的安稳性高。这个看似不起眼却引发锂电池革新的新资料，为橄榄石结构分类中的一种，矿藏学中的学名称为（ triphyllite ），是从希腊字的Tri以及 fylon两个字根而来，在矿石中的色彩可为灰色，红麻灰色，棕色或黑色，相关的矿藏资料可参阅网站[1]。
为LiFePO4正名
LiFePO4正确的化学式应该是LiMPO4, 物理结构则为橄榄石结构, 而其间的M可所以任何金属, 包含Fe,CO,Mn,TI等等, 由于最早将LiMPO4商业化的公司所制作的资料是C/LiFePO4, 因而我们就这么习惯地把Lithium Iron Phosphate 其间的一种资料LiFePO4当成是磷酸铁锂。但是从橄榄石结构的化合物而言, 能够用在锂离子电池的正极资料并非只需LiMPO4一种, 据现在所知, 与LiMPO4相同皆为橄榄石结构的Lithium Iron Phosphate 正极资料还有AyMPO4、Li1-xMFePO4、LiFePO4?MO等三种与LiMPO4不同的橄榄石化合物(均可简称为LFP)。
LFP的发现
自1996年日本的NTT初次揭穿AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合:LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极资料之后, 1997年美国德克萨斯州立大学John. B. Goodenough等研讨群，也接着报道了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性[1]，美国与日本不谋而合地宣布橄榄石结构(LiMPO4), 使得该资料受到了极大的注重，并引起广泛的研讨和敏捷的开展。与传统的锂离子二次电池正极资料，尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2比较，LiMPO4 的原物料来历更广泛、价格更低价且无环境污染。
LFP运作的原理
LFP橄榄石结构的锂电池正极资料，现已有多家上游专业资料厂打开量产，意料将彻底大幅扩张锂电池的运用领域，将锂电池带到扩展至电动自行车、油电混合车与电动车的新境地；日本东京工业大学由山田淳夫教授所领导的一个研讨小组，在2008年8月11日出书的《天然•资料》陈述说，磷酸锂铁离子电池将会被用作清洁环保的电动轿车的动力装置，其远景被遍及看好。由山田淳夫教授所领导的东京工业大学与东北大学的联合研讨人员，运用中子射线照耀磷酸铁，然后剖析中子和物质之间的相互效果来研讨锂离子在磷酸铁中的运动状况。研讨人员的定论是，在磷酸锂铁中，锂离子依照必定方向垂直地分散开去，这与锂离子在现有的钴等电极资猜中的运动方法不同。这样的定论与原先推估的理论彻底一致，运用中子绕射剖析的成果，愈加证明了磷酸锂铁（LFP）能够保证锂电池的大电流输出输入的安全性。
LFP的物理化学性质
磷酸锂铁化学分子式的表明法为：LiMPO4，其间锂为正一价；中心金属铁为正二价；磷酸根为负三价，中心金属铁与周围的六个氧构成以铁为中心共角的八面体FeO6，而磷酸根中的磷与四个氧原子构成以磷为中心共边的四面体 PO4，借由铁的FeO6八面体和磷的PO4四面体所构成的空间骨架，一起替换构成Z字型的链状结构，而锂离子则占有共边的空间骨架中所构成的八面体方位，晶格中FeO6通过 bc 面的共用角连结起来，LiO6则构成沿着b轴方向的共边长链，一个FeO6八面体与两个LiO6八面体和一个PO4四面体共边，而PO4四面体则与一个FeO6八面体和两个LiO6八面体共边。在结晶学的对称分类上归于斜方晶系Orthorhombic中的Pmnb空间群，单位晶格常数为 a=6.008Å，b=10.334Å，c=4.693Å，单位晶格的体积为291.4m3。由于结构中的磷酸基对整个资料的结构具有安稳的效果，使得资料自身具有杰出的热安稳性和循环功能。
LiMPO4中的锂离子不同于传统的正极资料LiMn2O4和LiCoO2，其具有一维方向的可移动性，在充放电过程中能够可逆的脱出和迁入并伴跟着中心金属铁的氧化与复原。而LiMPO4 的理论电容量为 170mAh/g，而且具有平稳的电压渠道 3.45V。 其锂离子迁入脱出的反响如下所式： LiFe(II)PO4 ↔ Fe(III)PO4 + Li+ + e- (1)
锂离子脱出后，生成类似结构的 FePO4，但空间群也为Pmnb，单位晶格常数为 a=5.792Å，b=9.821Å，c=4.788Å，单位晶格的体积为272.4m3，锂离子脱出后，晶格的体积削减，这一点与锂的氧化物类似。而LiMPO4中的FeO6八面体共极点，由于被PO43-四面体的氧原子分隔，无法构成接连的FeO6网路结构，然后降低了电子传导性。另一方面，晶体中的氧原子接近于六方最密堆积的方法摆放，因而对锂离子仅供给有限的通道，使得室温下锂离子在结构中的搬迁速率很小。在充电的过程中，锂离子和相应的电子由结构中脱出，而在结构中构成新的FePO4相，并构成相界面。在放电过程中，锂离子和相应的电子迁入结构中，并在FePO4相外面构成新的LiMPO4相。因而关于球形的正极资料的颗粒，不论是迁入仍是脱出，锂离子都要阅历一个由外到内或者是由内到外的结构相的转化程[1] [2]。 资料在充放电过程中存在一个决议过程，也便是发作 LixFePO4 / Li1-xFePO4 两相界面。 跟着锂的不断迁入脱出，界面面积减小，当抵达临界表面积后，生成的FePO4电子和离子导电率均低，成为两相结构。因而，坐落粒子中心的LiMPO4得不到充分利用，特别是在大电流的条件下。
若不考虑电子导电性的约束，锂离子在橄榄石结构中的搬迁是通过一维通道进行的，而且锂离子的分散系数高，而且LiMPO4通过屡次充放电，橄榄石结构仍然安稳，铁原子仍然处于八面体方位，能够做为循环功能优秀的正极资料 [3]。在充电过程中，铁原子坐落八面体方位，均处于高自旋(high spin)状况。
LFP在工业上的运用
首要选用这种锂电池资料的油电混合车是GM的CHEVROLET Volt，这部插电式油电混合车（PHEV）将在2010年正式在市面上出售，它杰出的省油功能与驾控的舒适，使得它没有出售，现在现已有将近四万名美国民众抢先订货；Volt每次充电后的续航力为60公里，若遇到远程旅程，车上则搭载了小型汽油引擎来为电池充电，让Volt能跑得更远。GM信任这款PHEV能具有150mpg的油耗体现。在日本与中国大陆则是有更多的锂电池厂纷繁投入这种新式动力锂电池的出产，方针商场便是电动自行车与电动公交车。
LFP上下游工业高速开展
现在LFP最上游的化合物专利被三家专业资料公司所把握，分别是A123的Li1-xMFePO4、Phostech的LiMPO4、 Aleees的LiFePO4?MO以及STL的复合技能，一起也现已开展出非常老练的量产技能，其间最大的产能已可达月产250吨。A123的Li1-xMFePO4首要的特征是奈米级的LFP，借由奈米物理性质的改动以及在正极资料傍边添加了贵金属，并辅佐特别原料的石墨为负极，使得本来导电才能较差的LFP，能够成为商业化运用的产品；Phostech的LiMPO4首要特征是借由恰当Mn, Ni , TI的参杂, 而且在LFP外层借由恰当的碳涂布, 来添加电容量与导电性；Aleees的LiFePO4?MO的首要特征是以氧为共价键, 借由前驱物在高过饱和度与剧烈机械拌和力的状况下，形成金属氧化物与磷化物发作激动起晶之效果，然后发作金属氧化物共晶LFP的晶核，使得本来难以操控的二价铁与晶相生长，得到了安稳的操控，STL复合技能取众家之长自成一体，后起之秀成为当今最大的磷酸铁锂资料供货商。
这些上游资料的打破与快速开展，引起了锂电池厂与轿车业者的留意，而且带动了锂电池与油电混合车的昌盛之路；LFP电池和一般锂电池同为绿色环保电池，但两者最大不同点是彻底没有过热或爆破等安全性顾忌，再加上电池循环寿数约是锂电池的4~5倍，高于锂电池8~10倍高放电功率（可瞬间发作大电流），加上相同能量密度下全体分量，约较锂电池削减30~50%，包含美国国防部的油电混合坦克车与悍马车（近战藏匿）、通用轿车、福特轿车、丰田轿车等业者皆高度注重LFP电池开展。A123乃至因而获得了高达数千万美金的政府补助，意图便是要拔擢美国的锂电池业者，利用油电混合车的开展机会，一举打败遥遥领先的日本轿车业者，而STL备受中国政府注重，已顺畅得到政府旗下两大危险投资商注资。
从各国开展来看，美国轿车工业界预估到2010年时全美的油电混合车将超越400万台。美国通用轿车为了打破日系车厂独霸局势，决议大幅朝向规划出产“可大规划出产的电动车”，由于现在许多美国顾客早已不胜高油价压力，通用以为未来轿车有必要能够运用各种动力，其间电动车将成为要害。因而，GM在07年北美世界车展揭露展现插电式油电混合动力车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）的概念车“Chevrolet Volt Concept”，合作GM全新开发油电混合动力系统（E-FLEX），只需接上一般家用电源便可为该车的磷酸锂铁电池充电。假如Volt Concept到达量产阶段，每台车每年可削减500加仑（1,900公升）汽油耗费，也能够削减4,400公斤二氧化碳产出。
