关于磷酸锰锂你应该知道的事情
提到磷酸铁锂想必大家都十分熟悉，比亚迪恐怕是磷酸铁锂电池的最大支持者。在目前比亚迪出产的电动汽车中，绝大多数都使用的磷酸铁锂动力电池。磷酸铁锂材料良好的安全性，以及稳定的循环性能使其成为了电动汽车用动力电池的首选材料。但是磷酸铁锂又具有先天缺陷，电压平台低，其工作电压平台仅在3.2V左右，这极大的限制了采用了磷酸铁锂的锂离子电池的能量密度，因此采用磷酸铁锂的电动汽车都不得不装配更大体积的电池，这对提高电动汽车的续航里程明显是不利的，包括特斯拉在内众多电动车厂商都摒弃了磷酸铁锂材料。那么是否有一种材料既能够具有磷酸铁锂良好的安全性能，还能具有较高的能量密度呢？
答案自然是肯定，这就是目前正处于研究阶段的磷酸锰锂材料，以及磷酸钴锂材料了。要理解磷酸盐类材料为何具有良好的安全性能和循环稳定性，就要从磷酸盐类材料的微观结构入手，包括磷酸铁锂在内的磷酸盐类材料都具有橄榄石结构，下面以磷酸铁锂材料的结构图简单给大家介绍一下。与LiCoO2材料的层状结构不同，磷酸铁锂材料具有六方密堆结构，空间群为Pmnb型。其结构图如下图所示，其晶体结构由LiO6八面体和FeO6八面体，PO4四面体包含在此结构中。其中FeO6八面体和PO4四面体交叉连接，这种结构最大的优势是稳定性好，因此即使在充电的过程中锂离子全部脱出，也不存在这结构崩塌的问题，因此磷酸盐类材料都具有良好的耐过充和浮充的特性。但是这种结构也存在着显著的缺点，既由于材料中没有连续的FeO6共棱八面体网络，不能够形成电子导体，因此电子的传到只能通过Fe-O-Fe进行，因此材料的电子导电性极差，只有10-9S/cm。同时材料中P原子通过P-O强共价键形成PO4四面体，O原子很难从结构中脱出，因此材料具有十分高的安全性和稳定性，在常压下即使加热到200℃材料仍然是稳定的。
好了，既然磷酸盐类材料这么好，那么我们了解一下磷酸锰锂材料吧。可以说磷酸锰锂材料是在磷酸铁锂材料的基础上开发起来的，主要目的是为了克服磷酸铁锂材料电压低的缺点，提高材料的能量密度。磷酸锰锂材料在继承了磷酸铁锂材料众多优点的基础上，将材料的电压平台提高到了4.1V，能量密度比磷酸铁锂材料高出20%左右，同时磷酸锰锂的原材料价格更加便宜，虽然在初期的研究中，磷酸锰锂的电化学活性较差，但是通过科研工作者的不断努力，目前磷酸锰锂材料的性能已经得到了显著的提高。
日本索尼公司的Yamada教授对LiFexMn1-xPO4(x=0～1)固溶体作了较为深入的研究。他们认为当锰（Mn）含量在0.8及以上时，由于Jahn-Teller效应造成的晶体学形变，造成电子输运困难，材料性能急剧劣化，这似乎揭示了高锰磷酸盐材料性能较差的本质原因。近年来，随着材料制备技术的不断进步，针对LiMnPO4电化学性能不好的缺陷，各国研究人员先后采取了碳包覆、纳米化、体相掺杂等方式进行改性，该材料的电化学性能得到了巨大的改进。
纳米化可以缩短电子和离子的传输距离，提高材料的电化学活性。例如常见的水热法就是合成制备纳米磷酸锰锂常见方法，并取得了良好的效果。通过对磷酸锰锂材料进行金属元素掺杂，降低晶界电阻，也是提高磷酸锰锂材料的常见方法。此外碳包覆是最常用的提高磷酸锰锂材料的方法，通过在磷酸锰锂材料表面包覆碳，可以显著的降低材料颗粒的接触电阻，提高材料的电化学性能。随着磷酸锰锂材料生产技术的不断提升，相信在不远的将来，磷酸锰锂材料将会凭借着其优异的安全性和稳定性，占领电动汽车动力电池，大规模储能等领域。
