圖1.磷酸鐵鋰的橄欖石結構及鋰離子嵌入脫出示意圖
磷酸鐵鋰技術發展情況
國際情況
一般來說，LiFePO4具有規整的橄欖石型結構，這種結構的特點使之相較于現在商業化應用和廣泛的鈷酸鋰電池而言，其熱穩定性和動力學穩定性都較好，該材料在常壓下的空氣氣氛中，即使加熱到200℃仍然是穩定的，這就使得其配套生產的電池的耐熱溫度相對出色，LiFePO4作為正極材料的充放電作用機理不同于其它傳統材料如LiCoO2、LiNiO2，在充放電過程中參與電化學反應的是兩相：LiFePO4和FePO4。其充放電反應機理如下所示：
充電反應：LiFePO4 -xLi+ -Xe-→ xFePO4+(1-x)LiFePO4
放電反應：FePO4 +xLi+ +Xe-→ xFePO4+(1-x)LiFePO4
在充放電的脫嵌鋰過程中雖然存在物相變化，但是沒有影響其電化學性能的體積效應產生。這是該材料具有良好的循環性能的原因之一。LiFePO4正極材料的理論比容量為170mAh/g，但在目前，做出的電池的實際放電比容量僅為理論值的70%左右，而且當循環充放的電流密度增大時，其充放電比容量迅速下降，原因是由于鋰離子的較低的離子擴散速率和電子導電率，這也是該材料的橄欖石結構所致，目前克服以上困難的辦法主要是通過在合成過程中利用減小顆粒的粒徑的同時包覆一層導電性高的碳膜，從而有效的改善該材料的導電性能。
目前對于磷酸鐵鋰比較成熟的合成方法有高溫固相合成法和低溫液相合成法兩種，而目前以Valence公司為主的磷酸鐵鋰生產企業主要采用的是高溫固相合成的方法，該方法的特點是合成工藝簡單，設備投資相較于其他合成方法低，且合成過程中的包碳工藝的碳源也是很容易實現的，該技術的關鍵在于其合成工藝根據原料的不同，所采取的合成工藝參數如何調整，因為磷酸鐵鋰的合成過程是一個復雜的三相熔融過程，合成的過程的關鍵參數的控制對磷酸鐵鋰最終的性能至關重要，如現在普遍反映的磷酸鐵鋰的批次產品的一致性就是這個原因所致，而且固相合成方法的另一個問題所在就是工業生產的產品顆粒粒徑一般在微米左右，這與實際電池應用的正極材料要求有差距。
另外一種液相合成方法分為共沉淀法、水熱法、溶膠－凝膠法、乳液干燥合成等方法，該方法主要以A123公司為首的美國大型磷酸鐵鋰生產企業為主所用的方法，臺灣的立凱電能也采用的是該方法，該方法的優勢在于顆粒粒徑可以控制在納米級程度，同時產品的批次性問題也可以得到解決，但是該工藝的前期投入較大，設備投入相較于固相合成的要高，同時該合成方法目前做的好的核心技術大多由A123企業所掌握，這也導致A123公司的磷酸鐵鋰材料的價格比國內普通生產廠家的要貴一倍多，現在國內的磷酸鐵鋰生產廠家主要都是以固相合成的方法來生產磷酸鐵鋰正極材料。
