十一月一日消息，一項(xiàng)最新研究已經(jīng)解答了為何使用磷酸鐵鋰材料作為電池正極通常都會(huì)讓電池性能超出預(yù)期：其中的秘密就源自于它內(nèi)部的缺陷。材料科學(xué)家MingTang在一篇新聞稿中稱：我們都清楚這種材料效果非常好，但是關(guān)于其中的真正原因科學(xué)家們一直爭(zhēng)論不休。這種材料在許多方面并非如此優(yōu)秀，但是有時(shí)候又會(huì)超出人們的預(yù)期。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在制造磷酸鐵鋰的過(guò)程中，它晶格中的一些原子出現(xiàn)了一種名為反位缺陷的錯(cuò)位現(xiàn)象。科學(xué)家通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這種反位缺陷或許能夠解答這種材料令人敬佩的性能表現(xiàn)。這種缺陷讓正極材料能夠從更大的表面區(qū)域釋放和收集鋰離子。

在此之前，科學(xué)家們假定鋰離子只能夠在單一方向上移動(dòng)，這樣就限制了能夠釋放和吸收鋰離子的材料表面大小。顯微成像技術(shù)和計(jì)算機(jī)模型讓科學(xué)家們能夠在電池充電過(guò)程中觀察到離子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?？茖W(xué)家們分析表明，反位缺陷的存在讓離子出現(xiàn)了新的運(yùn)動(dòng)方向。

這種缺陷有效的新增了磷酸鐵鋰納米棒的表面活躍區(qū)域，讓正極和電解液之間的鋰離子傳播更加高效。Tang聲稱：大多數(shù)電池正極都被打造成薄盤的形狀來(lái)新增鋰離子的單向運(yùn)動(dòng)。我們的發(fā)現(xiàn)改變了我們對(duì)磷酸鐵鋰最優(yōu)化形狀設(shè)計(jì)的看法。這種缺陷的存在讓鋰離子能夠多方向運(yùn)動(dòng)，這意味著我們讓性能最大化的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是完全不準(zhǔn)確的。

即使是電池研究領(lǐng)域的專家們也并非全部了解鋰離子電池及其部件的電化學(xué)性能和過(guò)程。但是隨著更多的科學(xué)家來(lái)設(shè)想和分析這些電化學(xué)過(guò)程和性能，我們將能夠更多的對(duì)其進(jìn)行完善，讓鋰離子電池的性能盡可能的高效。磷酸鐵鋰離子電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料重要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料。

磷酸鐵鋰離子電池結(jié)構(gòu)與工作原理

LiFePO4電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開(kāi)，但鋰離子Li+可以通過(guò)而電子e-不能通過(guò)，右邊是由碳（石墨）組成的電池負(fù)極，由銅箔與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。

圖1LiFePO4電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)

LiFePO4電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+通過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移；在放電過(guò)程中，負(fù)極中的鋰離子Li+通過(guò)隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時(shí)來(lái)回遷移而命名的。

磷酸鐵鋰離子電池的特點(diǎn)

高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C、持續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C；

高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池的結(jié)構(gòu)安全、完好；

即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；

極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；

過(guò)放電到零伏也無(wú)損壞；

可快速充電；

低成本；

無(wú)記憶效應(yīng)：可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會(huì)迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰離子電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無(wú)須先放完再充電。

體積小、重量輕，同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰離子電池的體積是鉛酸電池體積的1/3，重量是鉛酸電池的1/3。

對(duì)環(huán)境無(wú)污染，該電池不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無(wú)毒（SGS認(rèn)證通過(guò)），無(wú)污染，符合歐洲ROHS規(guī)定，為絕對(duì)的綠色環(huán)保電池。鉛酸電池中卻存在著大量的鉛，在廢棄后若處理不當(dāng)，仍將對(duì)環(huán)境形成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無(wú)論在生產(chǎn)及使用過(guò)程中，均無(wú)污染。