磷酸铁锂，也称为LFP（Lithium Iron Phosphate）或LiFePO4twitter 裸舞，是一种常见的锂离子电板正极材料。
真實精液大爆射底下将详备先容磷酸铁锂的基本学问、性能特色、应用场景、制造工艺和资天职析等内容，匡助宇宙全面了解这种备受关爱的能源电板材料。
图源：集中
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基本学问
1. 化学结构：磷酸铁锂晶体结构为橄榄石型，由P-O四面体和Fe-O八面体组成。其中，锂离子位于四面体和八面体之间的闲暇中。
2. 元素组成：磷酸铁锂由铁、磷、氧和锂四种元素组成，其中铁和磷的原子个数比为1:1，锂和氧的原子个数比为1:4。
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性能特色
1. 安全性高：磷酸铁锂晶体结构踏实，不易发生热明白和点燃，具有较高的安全性。
2. 轮回寿命长：由于其化学性质踏实，磷酸铁锂电板的轮回寿命较长，一般在2000次以上。
3. 温度范围宽：磷酸铁锂电板可在-20℃~60℃的温度范围内使用，适合性强。
4. 环保性佳：制造经过中不产生有毒无益物资，对环境友好。
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应用场景
1. 电动汽车：磷酸铁锂是现在电动汽车用能源电板的主要正极材料之一，具有长里程、高功率等优点。
2. 储能系统：磷酸铁锂电板在电力储能领域获取平日应用，可用于风力发电、太阳能发电等散布式能源系统。
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制造工艺
1. 合成活动：磷酸铁锂的合成活动主要有化学法和物理法两种。化学法以铁、磷、锂和氧的化合物为原料，通过高温固相背应制备；物理法例选拔物理混杂法制备。
2. 正负极制备：正负极主要由活性物资、导电剂和粘结剂组成。将活性物资与导电剂和粘结剂混杂均匀后，涂覆在金属箔上，经过干燥、碾压和切割等工序制成电极片。
3. 电板拼装：将正负极片与隔阂、电解质等材料拼装在一皆，制成磷酸铁锂能源电板。
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资天职析
1. 材料资本：磷酸铁锂正极材料的主要资本为铁、磷、锂和碳等原材料。其中，铁和磷的储量丰富，价钱相对较低；锂元素较为稀缺，价钱较高。
2. 制形资本：磷酸铁锂电板的制形资本主要包括电极制作、电板拼装和检测等环节。制形资本与坐褥规模密切关联，跟着坐褥规模的扩大，平均资本将逐步缩小。
3. 其他资本：其他资本包括研发资本、输送资本和销售用度等。这些资本会告成或波折地影响磷酸铁锂电板的总资本。
总的来说，磷酸铁锂算作一种优秀的能源电板材料，具有较高的安全性和长轮回寿命等特色，被平日应用于电动汽车和储能系统等领域。其制造工艺包括合成、正负极制备和电板拼装等环节，总资本受到材料资本、制形资本和其他资本等因素的影响。
在坐褥经过中，东谈主员、斥地、原材料、活动及环境是影响产物性量的环节因素。在LiFePO4能源电板的制造中，东谈主员和斥地属于处治边界，因此将重心预计原材料、化成样貌及坐褥环境对电板性能的影响。
1. 电极活性材料中的杂质导致的失效
在合成LiFePO4时，可能会引入极少的Fe2O3过头他杂质，这些杂质在负极名义复兴，可能穿透隔阂并激发里面短路。此外，LiFePO4若长工夫阐述于空气中，潮湿会导致电板性能恶化，初期材料名义形成无定型的磷酸铁，其组成和结构与LiFePO4(OH)不异；跟着OH离子的镶嵌，LiFePO4逐步被破钞并体积增大，最终再结晶形成LiFePO4(OH)。同期，LiFePO4中的Li3PO4杂质则进展出电化学惰性。石墨负极中的杂质含量越高，会导致更大的不成逆容量亏本。
2. 化成样貌对电板失效的影响
在形成固体电解质界面膜（SEI膜）经过中，活性锂离子的不成逆亏本率先进展为锂离子的破钞。说合高慢，教授化成温度会导致更多不成逆锂离子亏本，因为此时SEI膜中无机因素比例增多，转机经过中开释的气体会导致膜出现更多弱势，从而使得锂离子多数镶嵌石墨负极。
在化成经过中，小电流充电天然能形成均匀的SEI膜，但耗时较长；而大电流充电则会激发更多副响应，增多不成逆锂离子亏本并教授负极界面阻抗，但省俭工夫。现在无边选拔小电流恒流-大电流恒压的化成花式，以兼顾两者优点。
3. 坐褥环境中的水分对电板的影响
在本色坐褥中，电板未免战斗空气。由于正负极材料常常为微米或纳米级颗粒，而电解液中的溶剂分子存在较强的亲水性，易吸附空气中的水分。
水分与电解液中的锂盐（尤其是LiPF6）响应，不仅导致电解质明白（生成PF5），还产生HF等酸性物资。这些物资会交集SEI膜，HF还会加快LiFePO4活性物资的腐蚀。此外，水分也会导致嵌锂的石墨负极部分脱锂，并在SEI膜底部形成氢氧化锂。同期，电解液中溶化的O2也会加快LiFePO4电板的老化。
因此，在坐褥经过中，除了工艺外，原材料中的杂质（水分）、化成经过等因素对LiFePO4能源电板的失效具有紧迫影响。因此，适度材料纯度、环境湿度及化成样貌显得尤为紧迫。
在能源电板的使用周期中，大多数工夫处于放置状况。经过长工夫放置后，电板性能常常会下落，进展为内阻增多、电压缩小和放电容量减少。形成这些性能下落的因素多种各样，其中温度、荷电状况和工夫是最显赫的影响因素。
Kassema等东谈主分析了LiFePO4能源电板在不同放置状况下的老化，以为其主要老化机制与正负极电极及电解液的副响应关联（相较于正极，石墨负极的副响应更为显赫，主如果溶剂的明白及SEI膜的滋长），这会破钞活性锂离子，同期导致电板举座阻抗增多。活性锂离子的亏本进一步加重了电板的老化
电板在使用经过中常常会放热，因此温度对电板的影响荒谬紧迫。此外，路况、使用样貌和环境温度等因素也会对电板产生不同的影响。
关于LiFePO4能源电板在轮回经过中的容量亏本，一般以为是由活性锂离子的亏本引起的。Dubarry等东谈主的说合标明，LiFePO4能源电板在轮回经过中的老化主如果资历了一个复杂的破钞活性锂离子SEI膜滋长的经过。在这个经过中，活性锂离子的亏本告成缩小了电板容量的保执率；SEI膜的不休滋长一方面会导致电板极化阻抗的增多，另一方面，SEI膜厚渡过厚会导致石墨负极的电化学活性部分失活。
在高温轮回时，LiFePO4中的Fe2+会有一定的溶化。天然Fe2+的溶化量对正极的容量莫得赫然影响，但Fe2+的溶化和石墨负极中Fe的析出会对SEI膜的滋长起到催化作用。Tan对活性锂离子亏本的位置和才气进行了定量分析，发现大部分活性锂离子的亏本发生在石墨负极名义，尤其是在高温轮回时更为赫然，即高温轮回容量亏本更快。此外，Tan归来了SEI膜交集和开发的三种不同机理：(1)石墨负极中的电子透过SEI膜复兴锂离子；(2)SEI膜的部分因素溶化和再生成；(3)由于石墨负极的体积变化引起的SEI膜离散。
除了活性锂离子的亏本除外，正、负极材料在轮回使用中也会发生恶化。LiFePO4电极在轮回使用中会出现罅隙，这会导致电极极化增多、活性材料与导电剂或集流体之间的导电性下落。Nagpure愚弄扫描扩张电阻显微镜(SSRM)半定量地说合了LiFePO4老化后的变化，发现LiFePO4纳米颗粒的粗化和某些化学响应产生的名义千里积物共同导致了LiFePO4正极阻抗的增多。此外，石墨活性材料的亏本导致的活性名义缩小和石墨电极的片层剥离也被以为是导致电板老化的原因，石墨负极的不踏实性会导致SEI膜的不踏实，会促进活性锂离子的破钞。
电板的大倍率放电不错为电动车提供大的功率，即能源电板的倍任性能越好，电动车的加快性能也越好。Kim等东谈主的说合收尾标明，LiFePO4正极和石墨负极的老化机理是不同的：跟着放电倍率的增多，正极的容量亏本增多进程比负极大。低倍率轮回时电板容量的亏本主如果由于活性锂离子在负极的破钞形成的，而在高倍率轮回时电板的能源亏本是由于正极阻抗的增多形成的。
天然能源电板使用中的放电深度不会影响容量亏本，但会影响其能源亏本：能源亏本的速率跟着放电深度的增多而增多，这与SEI膜的阻抗增多、所有这个词电板的阻抗增多有告成关系。联系于活性锂离子亏本，充电电压上限对电板失效的影响并不赫然，然而太低或太高的充电电压上限都会使得LiFePO4电极的界面阻抗加大：低的上限电压下不豪放很好地形成钝化膜，而太高的电压上限会导致电解液的氧化明白，在LiFePO4电极名义形成电导率低的产物。
LiFePO4能源电板在温度缩小时，其放电容量会连忙下落，主如果由于离子电导率的缩小和界面阻抗的增多形成的。Li通过折柳说合LiFePO4正极和石墨负极，发现规矩正、负极低温性能的主要适度因素是不同的：在LiFePO4正极中，离子电导率的缩小占主导，而在石墨负极中，界面阻抗的增多是主要原因。
在使用经过中，LiFePO4电极、石墨负极的退化和SEI膜的不休滋长，不同进程地形成电板失效。此外，除路况、环境温度等不成适度的因素外，电板的正常使用也荒谬紧迫，包括相宜的充电电压、相宜的放电深度等。
在使用电板时，往往难以幸免过充的情况，相对而言过放的情况较少。过充或过放会导致电板里面产生过多的热量，进而使电板温度升高，影响电板的寿命，并增多电板着火或爆炸的风险。即使在正常的充放电条款下，跟着轮回次数的增多，电板系统里面的单体电板容量不一致性也会增多，容量最低的电板也会资历过充和过放的经过。
尽管LiFePO4联系于其他正极材料在不同充电状况下具有最好的热踏实性，但过充仍可能激发LiFePO4能源电板在使用经过中的安全隐患。在过充状况下，有机电解液中的溶剂更容易发生氧化明白，其中乙烯碳酸酯(EC)在正极名义的氧化明白更为凸起。由于石墨负极的嵌锂电位荒谬低，锂在石墨负极的析出有很大的可能性。
过充条款下激发电板失效的主要原因之一是锂晶枝戳破隔阂引起的里面短路。Lu等东谈主分析了过充导致石墨负极名义镀锂失效的机理。说合收尾标明，石墨负极的举座结构莫得赫然变化，但出现了锂晶枝和名义膜，锂和电解液的响应导致名义膜不休增多，这不仅破钞了更多的活性锂，还使锂在负极名义的扩散变得愈加艰巨，进而进一步促进锂在负极名义的千里积，导致容量和库仑效果进一步缩小。
此外，金属杂质（尤其是铁）常常也被以为是电板过充失效的主要原因之一。Xu等东谈主系统地说合了LiFePO4能源电板在过充条款下的失效机理。说合收尾标明，在过充/放电轮回经过中，铁的氧化复兴响应在表面上是可能的，并给出了响应机理：过充时，铁率先氧化为Fe2+，然后Fe2+进一步氧化为Fe3+，接着Fe2+和Fe3+从正极一侧扩散到负极一侧，临了Fe3+复兴成Fe2+，Fe2+进一步复兴形成Fe；在过充/放电轮回经过中，铁晶枝会同期在正极和负极形成，刺穿隔阂形成铁桥，导致电板微不雅短路，而赫然的知足是过充后温度执续升高。
在过放电经过中，负极电势会连忙升高，这会导致负极名义固体电解质界面(SEI)膜的交集（其中富含无机化合物的部分更容易氧化），进而激发电解液的寥落明白，导致容量亏本。更紧迫的是，负极集流体中的铜箔会发生氧化。Yang等东谈主在负极的SEI膜中检测到了铜箔的氧化产物Cu2O，这会导致电板内阻增多，激发电板容量亏本。
He等东谈主对LiFePO4能源电板的过放电经过进行了详备说合，收尾标明，在过放电时，负极集流体中的铜箔不错氧化为Cu+，Cu+进一步氧化为Cu2+，然后它们扩散到正极，在正极发生复兴响应，形成Cu晶枝，刺穿隔阂，导致电板里面微不雅短路，同期由于过放，电板温度也会执续上涨。
LiFePO4能源电板的过充可能会导致电解液氧化明白、锂析出和铁晶枝的形成；而过放可能会引起SEI膜交集导致容量衰减、铜箔氧化twitter 裸舞，致使形成铜晶枝。