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锂电池正极材料LiFePO4的结构特点

时间:2014-8-9 10:33:16来源:本站原创浏览次数:
      近年来,锂离子电池碳负极材料的性能不断得到改善, 电解质的研究也取得了很大进展,而正极材料的发展则相对较为缓慢, 制约着锂离子电池整体性能的提高。因此,研究和开发高性能的正极材料成为锂离子电池现阶段发展的关键环节。橄榄石型LiFePO4因其电化学性能优良、环境友好、原材料来源广泛等优点成为锂离子电池正极材料的研究焦点。与传统的锂离子二次电源正极材料LiCoO2、LiNO2、LiMn2O4相比,LiFePO4正极材料具有相对较高的比容量(170mAh/g)、稳定的工作电压(3.5 V),且热稳定性和化学稳定性好, 以及安全性能突出,是极具发展前景的绿色环保材料。

      橄榄石型LiFePO4,属于正交晶系Pnmb空间点群,其结构如图1所示。
 
LiFePO4的晶体结构示意图
图1 LiFePO4的晶体结构示意图
      在LiFePO4的晶体结构中,O以稍微扭曲的六方紧密堆积方式排列,Li和Fe分别占据八面体的4a位和4c位,形成FeO6八面体和LiO6八面体;P占据四面体的4c位,形成PO4四面体。在bc平面上,交替排列的FeO6层。在FeO6层之间,相邻的LiO6八面体在b方向上通过共用棱上的两个O相连成链。每个PO4四面体与FeO6八面体共用棱上的两个O,同时又与两个LiO6八面体共用棱上的O。Li+在4a位形成共棱的连续直线链,并平行于C轴,从而使Li+具有二维的可移动性,充放电时能够自由地脱嵌。此外P-O共价键形成离域的三维立体化学键,使LiFePO4具有很好的热力学和动力学稳定性。
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