LiFepO4是近幾年被廣泛報道的一種鋰離子電池正極材料。。由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、資源豐富、安全性能好、無毒、對環(huán)境友好，且理論容量高達170mAh/g，較長的循環(huán)次數(shù)。

自1996年日本的NTT首次揭露AyMpO4（A為堿金屬，M為CoFe兩者之組合：LiFeCopO4）的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后，1997年美國德克薩斯州立大學(xué)John.B.Goodenough等研究群，也接著報道了LiFepO4的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)（LiMpO4），使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料，尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4和層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2相比，LiMpO4的原物料來源更廣泛、價格更低廉且無環(huán)境污染。

LiFepO4在自然界是以磷鐵鋰礦形式存在的，具有有序規(guī)整的橄欖石型結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系，空間群為pmnb，是一種稍微扭曲的六方最密堆積結(jié)構(gòu)。晶體由FeO6八面體和pO4四面體構(gòu)成空間骨架，p占據(jù)四面體位置，而Fe和Li則填充在八面體的空隙中，其中Fe占據(jù)共角的八面體位置，Li則占據(jù)共邊的八面體位置。晶格中FeO6通過bc面的公共角連接起來，LiO6則形成沿b軸方向的共邊長鏈。一個FeO6八面體與兩個LiO6八面體和一個pO4四面體共邊，而pO4四面體則與一個FeO6八面體和兩個LiO6八面體共邊。Li+具有一維可移動性。充放電過程中可以可逆的脫出和嵌入。材料中由于基團對整個框架的穩(wěn)定作用，使得具有良好的熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能。

國外早已將鋰離子電池用于特種、水中特種等領(lǐng)域，但該類電池本身的安全性制約了其在特種方面的廣泛應(yīng)用。磷酸亞鐵鋰電池與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，具有較高的熱穩(wěn)定性和較高的安全性，理論分析和試驗結(jié)果表明，應(yīng)作為可充式特種電源首要選擇。

特種電源對安全性、方便性、能量密度、環(huán)境適應(yīng)性以及耐濫用性具有較高的要求。鋰離子電池以其具有較高的能量密度、免維護、使用壽命長等優(yōu)點一直受到各界的青睞，但其自身安全性一直令人擔憂。LiFepO4鋰離子電池的應(yīng)用為滿足特種電源找到了希望。

LiFepo4鋰離子電池工作原理

LiFepO鋰離子電池主要由正極片、隔膜、負極片、電解液、極柱（極耳）和外包裝構(gòu)成。正極的活性物質(zhì)為磷酸亞鐵鋰，負極活性物質(zhì)為碳。充電時，鋰離子從磷酸亞鐵鋰材料中脫出，以電解液為載體，透過隔膜到達負極，嵌入碳材料，電子則從正極通過外電路到達負極，維持化學(xué)反應(yīng)平衡；放電時鋰離子和電子的運動方向則相反。

在正極上進行的充放電反應(yīng)如下：

充電反應(yīng)：

LiFep04一xLi+-xe。-~xFep04+（1一x）LiFepO4

放電反應(yīng)：

FepO4+xLi+xe。-~xLiFepO4+（1·x）Fep04

LiFepo4鋰離子電池特點及優(yōu)勢

耐高溫

鋰離子電池在UUV內(nèi)的空間受到很大限制，因此結(jié)構(gòu)緊湊，不利于散熱，這要求電池有很好的耐高溫性能。與以LiCoO2、LiMn204和三元材料為正極活性物質(zhì)的鋰離子電池相比，LiFepO4鋰離子電池的電化學(xué)性能有了顯著的改進，這是由其結(jié)構(gòu)決定的。在磷酸亞鐵鋰中Li具有二維可移動性，在充放電過程中鋰離子的脫出和嵌入受到很強的pO共價鍵形成的離域環(huán)境影響，使磷酸亞鐵鋰具有很強的熱力學(xué)和動力學(xué)穩(wěn)定性。所以LiFepO4鋰離子電池具有良好的高溫安全性能，在高倍率充、放電時極柱的溫度甚至升高到170~C的情況下，仍能保持安全使用。表1列出了常用正極材料的差熱分析（DSC）數(shù)據(jù)。

從表1可以看出目前所發(fā)現(xiàn)的鋰離子電池正極材料中，磷酸亞鐵鋰的安全性最好。