磷酸铁锂离子电池为何性能好？是因为本身的缺陷吗？

十一月一日消息，一项最新研究已经解答了为何使用磷酸铁锂材料作为电池正极通常都会让电池性能超出预期：其中的秘密就源自于它内部的缺陷。材料科学家MingTang在一篇新闻稿中称：我们都清楚这种材料效果非常好，但是关于其中的真正原因科学家们一直争论不休。这种材料在许多方面并非如此优秀，但是有时候又会超出人们的预期。

研究人员发现，在制造磷酸铁锂的过程中，它晶格中的一些原子出现了一种名为反位缺陷的错位现象。科学家通过研究发现，这种反位缺陷或许能够解答这种材料令人敬佩的性能表现。这种缺陷让正极材料能够从更大的表面区域释放和收集锂离子。

在此之前，科学家们假定锂离子只能够在单一方向上移动，这样就限制了能够释放和吸收锂离子的材料表面大小。显微成像技术和计算机模型让科学家们能够在电池充电过程中观察到离子的运动状态。科学家们分析表明，反位缺陷的存在让离子出现了新的运动方向。

这种缺陷有效的新增了磷酸铁锂纳米棒的表面活跃区域，让正极和电解液之间的锂离子传播更加高效。Tang声称：大多数电池正极都被打造成薄盘的形状来新增锂离子的单向运动。我们的发现改变了我们对磷酸铁锂最优化形状设计的看法。这种缺陷的存在让锂离子能够多方向运动，这意味着我们让性能最大化的设计标准是完全不准确的。

即使是电池研究领域的专家们也并非全部了解锂离子电池及其部件的电化学性能和过程。但是随着更多的科学家来设想和分析这些电化学过程和性能，我们将能够更多的对其进行完善，让锂离子电池的性能尽可能的高效。磷酸铁锂离子电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料重要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。

磷酸铁锂离子电池结构与工作原理

LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

图1LiFePO4电池内部结构

LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

磷酸铁锂离子电池的特点

高效率输出：标准放电为2～5C、持续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；

高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好；

即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；

极好的循环寿命，经500次循环，其放电容量仍大于95%；

过放电到零伏也无损坏；

可快速充电；

低成本；

无记忆效应：可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂离子电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

体积小、重量轻，同等规格容量的磷酸铁锂离子电池的体积是铅酸电池体积的1/3，重量是铅酸电池的1/3。

对环境无污染，该电池不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲ROHS规定，为绝对的绿色环保电池。铅酸电池中却存在着大量的铅，在废弃后若处理不当，仍将对环境形成二次污染，而磷酸铁锂材料无论在生产及使用过程中，均无污染。