锂离子电池磷酸铁锂正极材料的研究进展_张克宇
磷酸铁锂正极材料锂电池库效
磷酸铁锂正极材料锂电池库效
磷酸铁锂是一种常用的正极材料，常用于锂离子电池中。
库仑效率（也被称为库仑效率或库里效率）是指电池充放电过程中的电荷转移效率。
对于磷酸铁锂正极材料的锂电池，其库仑效率通常非常高。
磷酸铁锂正极材料具有较高的放电容量，循环稳定性好以及较低的自放电速率等优点，这使得其在电池应用中具有很好的性能。
在锂电池的充放电过程中，磷酸铁锂正极材料通过电荷传递实现锂离子的嵌入和脱嵌。
这一过程中，磷酸铁锂正极材料能够高效地转移电荷。
库仑效率是用来衡量电池充放电过程中电荷传递的效率，其定义为实际释放或存储的电荷量与理论应释放或存储的电荷量之间的比例。
对于磷酸铁锂电池来说，库仑效率一般较高，可以达到90%以上，甚至更高。
高的库仑效率意味着磷酸铁锂正极材料在充放电过程中电荷传递的效率较高，不会有大量的电荷损失。
这有助于提高电池的能量转换效率，延长电池的使用寿命，并减少能源浪费。
因此，磷酸铁锂正极材料的高库仑效率使得其在锂电池应用中具有很好的发展前景。
高压实密度磷酸铁锂正极材料的工程技术应用研究与展望
高压实密度磷酸铁锂正极材料的工程技术应用研究与展望目录1. 内容概览 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究目的 (3)1.3 研究方法 (4)2. 高压实密度磷酸铁锂正极材料的发展现状 (5)2.1 磷酸铁锂正极材料简介 (6)2.2 高压实密度磷酸铁锂正极材料的研究进展 (7)2.3 国内外研究现状分析 (9)3. 高压实密度磷酸铁锂正极材料的制备工艺 (10)3.1 原料准备 (12)3.2 混合与球磨 (13)3.3 挤压成型 (14)3.5 其他相关工艺 (17)4. 高压实密度磷酸铁锂正极材料的性能评价与应用 (18)4.1 比表面积与孔径分布 (19)4.2 粒度分布 (20)4.3 振实密度与压实密度 (22)4.4 电化学性能(如容量、循环稳定性等) (23)4.5 其他性能指标 (24)4.6 应用案例分析 (25)5. 高压实密度磷酸铁锂正极材料的改进与展望 (26)5.1 工艺优化方向 (28)5.2 结构设计优化 (29)5.3 新型添加剂研究与应用 (31)5.4 环境友好性研究 (31)5.5 产业发展现状与趋势 (32)6.1 主要研究成果总结 (35)6.2 存在问题及改进方向 (36)6.3 对行业发展的建议 (37)1. 内容概览本研究报告聚焦于高压实密度磷酸铁锂正极材料的工程技术应用，以期推进高能量密度和长寿命锂电池的发展。
研究首先概述了高压实密度磷酸铁锂材料的基本特性，包括其化学组成、结构特性和电化学性能。
随后，深入分析了高压实密度磷酸铁锂正极材料的制备技术、优化策略以及与传统锂离子电池正极材料的比较。
研究还探讨了高压实密度磷酸铁锂材料在电池制造过程中的工程技术挑战，包括材料的表面处理、颗粒形态控制、电解质浸润性和电化学稳定性的优化。
此外，本报告结合实验研究和理论分析，评估了高压实密度磷酸铁锂正极材料在不同类型电池中的实际应用效果，以期为电池性能提升提供技术支持。
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备与性能研究的开题报告
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备与性能研究的
开题报告
一、研究背景
锂离子电池是一种重要的新型二次电池，广泛应用于移动通信、笔记本电脑、电动汽车等领域。
电池的正极材料是影响电池性能的重要因素之一。
目前，锂离子电池正极材料主要包括锂钴酸锂、锂镍钴锰酸锂和磷酸铁锂等。
其中，磷酸铁锂具有优异的安全性、环境友好性和高温性能，被广泛应用于电动车、储能设备等领域。
二、研究目的
本研究旨在探究磷酸铁锂的制备方法及其性能，为锂离子电池的研究和应用提供理论和实验基础，为促进我国新能源产业发展做出贡献。
三、研究内容
1.磷酸铁锂的制备方法研究：采用水热法、溶胶-凝胶法和固相反应法等方法制备磷酸铁锂，比较各种方法的优劣，探索合适的制备方法。
2.磷酸铁锂的结构与形貌表征：采用XRD、TEM等技术分析磷酸铁锂的结构、形貌及晶体学性质，为后续性能测试提供基础数据。
3.磷酸铁锂的电化学性能分析：采用充放电测试、循环伏安法等方法对磷酸铁锂的电化学性能进行测试，比较不同制备方法对磷酸铁锂性能的影响，为进一步优化制备工艺提供依据。
四、预期成果
1. 探究合适的磷酸铁锂制备方法。
2. 磷酸铁锂的结构和形貌得到初步了解及表征。
3. 磷酸铁锂在锂离子电池正极材料的应用前景得到评估及分析。
四、研究意义
研究磷酸铁锂的制备与性能，将为锂离子电池正极材料的研究及应用提供理论和实验基础，有助于推动我国新能源产业的发展。
正极材料磷酸铁锂的研究
Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｉ ｒ ｏ ｎ ｐ ｈ ｏ ｓ ｐ ｈ ａ ｔ ｅ ， ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｉ ｔ ｓ ｏｏ ｒ ｄ －
摘
Hale Waihona Puke 要： 以磷酸铁锂为正极材料 的锂离子 电池 以其高环保 、 低价格 、 长寿命 、 安全性 优越等特点 ， 越来越
受 到研究者 的关注和青睐 。本文对磷酸铁锂 的合成方法和改性研究进行 了综述。 关键词 ： 磷 酸铁锂 ； 合成方法 ； 改性方法
中 图分 类号 ： Ｔ Ｍ ９ １ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ
１ 合成 方法
磷酸铁锂因其 自 然资源丰富、 长寿命 与安全性 能优异而引起研究者们极大的关注和青睐 。但是 ， 橄榄石结构 Ｌ ｉ Ｆ ｅ Ｐ Ｏ 的电导率与离子扩散速率很 低， 影响了这种材料在工业上的量产化。近年来 ， 为 了改进磷酸铁锂的电化学性能 ， 许多研究者将注意 力放在合成路线及合成工艺上 ， 合成方法有 高温 固 相法 、 碳热还原法 、 共沉淀法 、 溶胶 一 凝胶法 、 微波 合成法 、 水 热合成法等 ， 接下来叙述各合成方法 的
锂离子电池 以其能量密度高 、使用寿命长 、 无 污染等优点 ， 成为便 携式产品的主要选择电源。 目
前 ，锂 离子 电池使 用 的正极材 料 主要有 Ｌ ｉ Ｎ ｉ Ｏ ： 、 Ｌ ｉ Ｃ ｏ Ｏ ： 和Ｌ ｉ Ｍｎ ０ 。这 ３种 材 料 均存 在 相 当 大 的缺 点： Ｌ ｉ Ｎ ｉ Ｏ 合成条件苛刻 ， 热稳定性和循环稳定性较 差； Ｌ ｉ Ｃ ｏ Ｏ 钴资源的严重缺乏 ， 价格 昂贵 ， 存在安全 问题 ； Ｌ ｉ Ｍ ｎ ： ０ 与电解质 的相容性不好 ， 高温性能较 差， 充放 电过程 中存在 Ｊ ａ ｈ ｎ — Ｔ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ 效应 ， 容量衰减 快。 自１ ９ ９ ７ 年Ｇ ｏ ｏ ｄ ｅ ｎ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ 】 等首次报道具有橄榄石 型结构 的 Ｌ ｉ Ｆ ｅ Ｐ Ｏ 能可逆地嵌人和脱嵌锂离子 ， 以 其 原 料 来源 广 泛 、价 格低 廉 、 环境 友 好 ，而且 Ｌ ｉ Ｆ ｅ Ｐ Ｏ 结构稳定 ，具有适 中的 电位平 台和较高的 比容 量 ， 受 到 了人们 极 大 的 关 注 和青 睐 ， 并 迅 速 成 为锂离 子 电池 领域 的研究 热 点【 ２ ， ３ １ 。 本 文综 述 了磷酸
磷酸铁锂正极材料的研究进展与展望
磷酸铁锂正极材料的研究进展与展望近年来，锂离子电池作为一种重要的能源存储设备，对于电动汽车、便携式电子设备等领域发挥着重要作用。
而作为锂离子电池的核心组成部分之一，正极材料的性能对电池的性能和安全性具有关键影响。
磷酸铁锂作为一种重要的锂离子电池正极材料，具有良好的循环稳定性、较高的能量密度和较低的成本，在锂离子电池领域备受关注。
磷酸铁锂材料的电化学性能取决于其晶体结构和形貌，因此，控制晶体结构和形貌对于提高其电化学性能至关重要。
过去几十年中，磷酸铁锂正极材料的研究主要集中在结构调控和制备方法的改进上。
首先，针对磷酸铁锂材料的结构调控研究，研究人员通过控制锂离子在材料内的扩散路径，改变其晶体结构中的结构间隙，以提高其离子扩散速率。
例如，在某些研究中，研究人员通过微波炉热处理法制备出了多孔磷酸铁锂材料，实现了离子扩散路径的缩短，从而提高了其电化学性能。
此外，也有研究人员通过合成纳米颗粒或片层状结构的磷酸铁锂材料，减小颗粒或片层之间的离子扩散距离，从而提高电池的放电性能。
其次，制备方法的改进也是磷酸铁锂材料研究的重要方向。
传统的磷酸铁锂制备方法多采用高温固相反应，工艺繁琐且需要较高的温度。
为了简化制备工艺，降低成本，研究人员提出了一系列新的制备方法，如溶剂热法、水热法、电化学沉积法等。
这些方法不仅可以降低制备温度，还可以控制材料的晶体结构和形貌，从而进一步提高材料的电化学性能。
然而，虽然磷酸铁锂材料在锂离子电池领域具有广阔的应用前景，但仍存在一些问题亟待解决。
首先，其容量仍然较低，无法满足某些高能量密度应用的需求。
其次，磷酸铁锂材料在高温下容易发生结构变化，导致电池性能衰退。
此外，其循环寿命较短，这也限制了其在长寿命应用中的应用。
因此，进一步优化磷酸铁锂材料的性能是当前研究的热点和挑战。
为了解决上述问题，研究人员提出了一些改进策略。
例如，利用共掺杂的方法，引入一些稀土离子或过渡金属离子，可以提高磷酸铁锂材料的循环稳定性和容量。
锂离子电池磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究进展
中, 使各组分溶质尽量按比例同时沉淀出来, 洗涤、 干 燥、 焙烧后得到产物磷酸铁锂。此法的优点是 : 制备的 产物粒度分布均匀、 颗粒小, 容易实现工业化。其缺点 是: 由于各组分的沉淀速率和平衡溶解积的不同使制 备的化合物呈非化学计量比。钟参云等[ 10] 在室温下 以氢氧化锂、 磷酸二氢铵和磷酸为原料采用液相共沉 淀法制备的磷酸铁锂, 其粒径在 300~ 400 纳米之间, 为均一的橄榄石结构, 低倍率下充放电测试比容量可 达 126. 3mAh/ g, 循环性能 良好, 充放电 100 次循环 后, 容量损失率仅为 9. 4% 。 2. 7 机械力化学法 机械力化学法是制备 高分散性化合 物的有效方 法, 它通过机械力的作用, 不仅使颗粒破碎 , 增大反应 物的接触面积, 而且可使物质晶格中产生各种缺陷、 位 错、 原子空位及晶格畸变等, 有利于离子的迁移 , 同时 还可使新生成物表面活性增大 , 表面自由能降低, 促进 化学反应 , 使一些只有在高温等较为苛刻的条件下才 能发生的化学反应在低温下得以顺利进行。 F rang er 等[ 11] 将硫酸铁、 磷酸锂和蔗糖在行星式球磨机中球磨 24h, 然后在氮气气氛中 500 热处理仅 15min 就合成 出 0. 5~ 2 微米的单一相磷酸铁锂粉体颗粒。该产物 在 25 2. 8 , 0. 2C 倍率下进行充放电 , 比容量为 160m Ah/ g, 20 个循环后容量衰减小于 1% 。 冷冻干燥法 冷冻干燥法是将亚铁盐、 锂盐、 磷酸二氢铵按照等
第 29 卷第 3 期
俞琛捷, 等 . 锂离子电池磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究进展
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钒的氧化 物 ( vanadium ox ide) 等 。与钴、 镍、 锰、 钒 相比 , 铁的化合物不仅价格低廉、 储量丰富, 而且无毒, 日益受到人们的重视。在锂离子正极材料中 , 磷酸铁 锂因其具有高的比容量( 理论容量为 170mA h/ g) 和工 作电压高 ( 3. 5V ) 等优点, 已成为当今世界该领域最主 要的研究热点之一。本文系统综述了磷酸铁锂在制备 和改性方面的最新研究进展 , 并在此基础上提出了磷 酸铁锂未来的主要研究方向。
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研究进展
综述专论化工科技,2010,18(3):80～82SCIENCE &TECHNOLO GY IN CH EMICAL INDUSTR Y收稿日期:2010201212作者简介:单玉香(1983-),女,河北秦皇岛人,河南濮阳化工研究所助理工程师,硕士,研究方向为复合材料。
3濮阳市科技攻关项目(090522)。
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研究进展3单玉香,王群才,孟庆臻(河南濮阳市化工研究所,河南濮阳457000)摘 要:对锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法进行了介绍。
首先介绍了固相合成法的基本过程、研究改进情况以及优缺点,其次介绍了液相合成法即水热法、溶胶2凝胶法和共沉淀法的基本原理及研究进展,然后从非晶相掺杂和晶相掺杂两个方面对锂离子电池材料的性能改进研究情况进行了介绍,最后对材料的发展方向进行了展望。
关键词:电池;磷酸铁锂;制备中图分类号:TQ 131.1+1 文献标识码:A 文章编号:100820511(2010)0320080203 锂离子二次电池自1990年由日本Sony 公司首次成功开发以来[1],常规锂离子电池正极材料的研究集中于层状的过渡金属氧化物LiMO 2(M =Co ,Ni ,Mn 等)与尖晶石型的LiM 2O 2(M =Co ,Ni ,Mn 等)[2]。
然而,钴酸锂(LiCoO 2)安全性能差、钴资源的严重缺乏、锰酸锂(LiMnO 2)比容量低和高温性能差、三方晶系镍酸锂(LiNiO 2)制备难等一系列问题,严重影响了这些材料的应用性能而使这些材料仍处在不断研究和开发的阶段。
在锂离子电池材料的研发过程中,橄榄石型的磷酸铁锂(Li FePO 4)由于原料来源广泛、价格便宜、环境友好,而且Li FePO 4结构非常稳定,具有适中的电位平台和较高的比容量,因此受到了人们极大的关注[3,4]。
1997年,A K Padhi 等研究得到了具有规则橄榄石型的Li FePO 4,其理论比容量相对较高(0.17A ・h/g ),能产生3.4V (vs.Li/Li +)的电压,在全充电状态下具有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能。
锂离子电池正极材料研究进展
锂离子电池正极材料研究进展锂离子电池是目前广泛应用于移动电子设备和电动车辆等领域的重要能量存储设备，其正极材料的性能对电池的性能和循环寿命有着至关重要的影响。
近年来，针对锂离子电池正极材料的研究逐渐受到了广泛关注。
在这篇文章中，将介绍一些最新的研究进展。
首先，锂离子电池正极材料的研究主要集中在提高材料的能量密度和循环寿命。
目前市面上常见的锂离子电池正极材料是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和锂铁磷酸锂（LiFePO4）。
然而，这些材料在使用过程中存在着一些问题，比如钴酸锂存在着资源稀缺和价格昂贵的问题，锰酸锂的电化学性能相对较差，锂铁磷酸锂的能量密度较低等。
因此，研究人员开始寻找替代材料。
一种备受关注的材料是含有镍的过渡金属氧化物，比如锂镍钴锰氧化物（Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2）。
这种材料具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
另外，研究人员还探索了硅和硫等材料作为锂离子电池正极材料的替代品。
其次，锂离子电池正极材料的微观结构调控也成为一个研究热点。
通过控制正极材料的粒径、纳米结构和晶体结构等参数，可以调节材料的电化学性能。
比如，一些研究表明，通过控制锂离子电池正极材料的晶体结构，可以实现更高的能量密度和更好的循环稳定性。
此外，锂离子电池正极材料的表面改性也引起了广泛关注。
通过在正极材料的表面形成一层保护膜，可以提高材料的循环稳定性和抗固相界面反应能力。
一些研究表明，通过硅、氟等元素的表面覆盖，可以显著改善正极材料的循环性能和容量保持率。
总体来说，锂离子电池正极材料的研究进展主要包括寻找新的材料、微观结构调控和表面改性。
通过这些研究，可以不断提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，进一步推动锂离子电池在移动电子设备和电动车辆等领域的广泛应用。
随着移动电子设备和电动车辆市场的不断扩大，对锂离子电池正极材料的需求也越来越迫切。
因此，研究人员在锂离子电池正极材料的改进和创新上投入了大量的精力。
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2015 年第 34 卷第 1 期
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
综述与专论 锂离子电池磷酸铁锂正极材料的研究进展
张克宇，姚耀春
（昆明理工大学真空冶金国家工程实验室，云南省有色金属真空冶金重点实验室，省部共建有色金属资源清洁 利用国家重点实验室，云南 昆明 650093） 摘要：磷酸铁锂正极材料因其优良的电化学性能，被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。但由于 其导电率低和锂离子扩散速率慢等问题，一直制约其发展。本文阐述了磷酸铁锂的晶体结构、充放电原理以及 电化学反应模型，回顾了近年来国内外对于改善磷酸铁锂的电化学性能所进行的研究，重点介绍了离子掺杂、 碳包覆以及材料纳米化等改性方法对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的影响以及目前仍然存在的问题，最后展望 了该领域的发展趋势，指出继续进行深入的理论研究和进行工艺改进将是今后重点的研究方向。 关键词：锂离子电池；正极材料；磷酸铁锂；复合材料 中图分类号：O 646.54；TM 912 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2015）01–0166–07 DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.01.029
第1期
张克宇等：锂离子电池磷酸铁锂正极材料的研究进展
・பைடு நூலகம்67・
亿元，同比增长 43%，全年锂电池产量达到 29.7 亿 颗，同比增长 28.6%。锂电池产业已经成为国民经 济发展的重要产业方向之一[1]。 目前，锂离子电池正极材料分为以下几类[1]： 、镍酸锂 ① 具 有 层 状 结 构 的 钴 酸 锂 （ LiCoO2 ） （LiNiO2）正极材料；②具有尖晶石结构的锰酸锂 （LiMn2O4）正极材料；③具有橄榄石结构的磷酸 铁锂（LiFePO4）正极材料；此外还有三元材料。磷 酸铁锂正极材料的理论比容量为 170mA/g，电压平 台为 3.7V，在全充电状态下具有良好的热稳定性、 较小的吸湿性和优良的充放电循环性能[2]，因此成 为现今动力、储能锂离子电池领域研究和生产开发 的重点。 但由于其本身结构的限制， 导致以 LiFePO4 为正极材料的锂离子电池导电率差、锂离子扩散速 率慢，在低温条件下放电性能较差[3]，这些都制约 了 LiFePO4 正极材料的大规模工业化生产。
图 2 磷酸铁锂电池充放电原理
1.3
LiFePO4 电化学反应模型
图 1 LiFePO4 晶体结构示意
对于磷酸铁锂正极材料的电化学反应过程，一 般要经过液相传质、 电极表面吸附、 电极表面放电、 电极附近转化、新相生成等步骤。研究正极材料的 电化学反应一般是为了找出控制因素，从而有针对 性地改善材料的性能，提高电池充放电的能力。 针对磷酸铁锂充放电过程中的电化学反应，经 典的模型主要有 3 个： Padhi 提出的界面迁移模型[4]、 Andersson 提出的径向模型（radial model）和马赛 ， 克模型（Mosaic model）[5 10-11]。其中，界面迁移 模型如图 3 所示， Padhi 等[4]认为脱嵌过程是从磷酸 铁锂颗粒表面经过一个两相界面（ FePO4/LiFePO4 界面）进行的。充电时，随着锂离子的迁出而形成 FePO4 层逐渐向内核推进，则 FePO4/LiFePO4 界面 不断减少。由于锂离子扩散速率在一定条件下为常
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2015 年第 34 卷
图 3 磷酸铁锂充放电过程中界面变化示意图
数，当 FePO4/LiFePO4 界面减少到一定程度时，位 于核心部分的磷酸铁锂就不能利用，成为容量损失 的来源。放电时，锂离子的嵌入模式与此相同。 Anderson 等[5]利用中子粉末衍射研究磷酸铁锂 材料的首次容量损失时，认为残存没有反应的 LiFePO4 和 FePO4 是造成容量损失的原因。由此， 他提出了“径向模型” ，如图 4(a)所示，其实质与界 面反应模型相似，都认为在充放电过程中，随着界 面的推移， 核心处未反应的磷酸铁锂是造成容量损 失的原因。但由于很少有反应是均匀发生的，因此 在此基础上又提出了“马赛克模型” ，如图 4(b)所 示。 这个模型认为锂离子的脱嵌过程发生在颗粒的 任何一个位置。 充电时， 随着锂离子脱出量的增加， 残留未反应的磷酸铁锂被充电过程中形成的无定 形物质包覆，形成了容量损失。放电时，锂离子嵌 入磷酸铁中， 未嵌入锂离子的核心处则是未参加反 应的磷酸铁。最后磷酸铁锂相连通，未参加反应的 磷酸铁锂以及磷酸铁形成了容量损失的来源。根据 其实验测算，有 15%～20%（质量分数）未参加反 应的 LiFePO4 和 7% （质量分数）未参加反应的 FePO4。 3 种电化学模型解释了纯相磷酸铁锂材料无法 耐受大电流的原因，也可以看出锂离子与电荷的迁 移途径与扩散动力学是磷酸铁锂正极材料大功率应 用的决定因素。
Research progress in LiFePO4 cathode material for lithium-ion batteries
ZHANG Keyu，YAO Yaochun
（The National Engineering Laboratory for Vacuum Metallurgy，Kunming University of Science and Technology，Key Laboratory for Nonferrous Vacuum Metallurgy of Yunnan Province，State Key Laboratory of Complex Nonferrous Metal Resources Clear Utilization，Kunming 650093，Yunnan，China）
Abstract：Due to its excellent electrochemical performance，Lithium iron phosphate (LiFePO4) is universally recognized as one of the most promising lithium ion battery cathode materials. But the development of this cathode material is controlled by its low electric conductivity and slow diffusion rate of lithium ion. The crystal structure，principle of charging and discharging and electrochemical reaction model are described in this paper. Latest progresses in modified research of electrochemical properties of LiFePO4 are reviewed. Especially ， the effects of ion-doping ， carbon coating and synthesizing nano-structure on the LiFePO4 and the existing problems are introduced. The research trends of this field are brought forward and the future study should be focused on further theoretical study and process improvement. Key words：lithium-ion battery; cathode material; lithium iron phosphate; composites 随着国民经济的快速发展，以石油、煤炭、天 然气为代表的不可再生能源逐渐减少，大气污染、 水污染、固体废弃物污染不断加剧，能源与环境问 题逐渐成为可持续发展面临的挑战。 基于这种背景， 新能源的开发不断深入，但新能源的利用离不开储 能电源，所以新能源产业的快速发展为锂离子电池 在储能电池领域的应用提供了前所未有的机遇！ 锂离子电池因其具有能量密度高、 自放电流小、 安全性高、可大电流充放电、循环次数多、寿命长 等优点，越来越多地应用于手机、笔记本电脑、数 码相机、电动汽车、航空航天、军事装备等多个领 域。 据统计， 2011 年中国锂电池行业市场达到了 397
收稿日期：2014-06-27；修改稿日期：2014-08-05。 基金项目： 国家自然科学基金（ 51364021 ） 、云南省自然科学基金 （2014FA025）及教育部“创新团队发展计划”（IRT1250）项目。 第一作者： 张克宇 （1989—） ， 男， 硕士研究生。 E-mail lkdzky@。 联系人：姚耀春，教授，博士生导师。E-mail yaochunyao@。
图 4 单个磷酸铁锂颗粒中锂离子脱/嵌的两种模型
2.1 掺杂法 掺杂法主要是指在磷酸铁锂晶格中的阳离子位 置掺杂一些导电性好的金属离子， 改变晶粒的大小， 造成材料的晶格缺陷，从而提高晶粒内电子的导电 率 以 及 锂 离 子 的 扩 散 速 率 [14-17] ， 进 而 达 到 提 高 LiFePO4 材料性能的目的。目前，掺杂的金属离子 主 要 有 Ti4+ 、 Co2+ 、 Zn2+ 、 Mn2+ 、 La2+ 、 V3+ 、 Mg2+等。 张俊喜等[18]在对钒掺杂改性研究分析时，得出 钒离子在不同位掺杂均可以提高磷酸铁锂的性能， 而铁位掺杂具有更好的效果。 在 0.1C 放电时， 放电 比容量达到了 145mA·h/g，放电比容量获得明显提 升。通过对样品的交流阻抗谱图的分析研究，电荷 转移阻抗由纯磷酸铁锂的 110Ω 降低到掺杂后的 32Ω，电荷转移阻抗明显减小。 除了一元离子掺杂外，也可以进行多元离子同