單層二硫化鎢神助攻 磷酸鐵鋰電池或迎來2.0

在新能源汽車的熱潮下，越來越多的研究人員致力於研究高性能的新能源電池。當下，鋰離子電池因其能量密度高，使用壽命長，對環境無污染等眾多優點而成為最基礎的電池材料。但是在鋰離子電池工業化推廣中，正極材料正成為其發展的主要瓶頸。

目前，鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰等。在鋰電池四大家族中，當下集萬千寵愛於一身並且最炙手可熱的就是三元電池，連比亞迪都放棄了磷酸鐵鋰方案，轉而轉投三元電池陣營。不過，雖然三元電池系統能量密度和續駛里程大幅提升，但是其安全性仍然飽受質疑，不被推薦用於公共交通及多人載客汽車的使用，而且鈷價、鎳價的一漲再漲也著實讓人們愛恨交織。

因此，目前我國大多數的新能源客車仍採用磷酸鐵鋰電池方案。例如董明珠女士所投資的珠海銀隆汽車所使用就是的磷酸鐵鋰技術。磷酸鐵鋰電池為何能在純電動客車領域獨佔鰲頭? 這是因為它具有來源廣泛、價格便宜、熱穩定性好、無吸濕性、對環境友好，適合大規模開發使用，更適合於大容量要求的電動汽車。而且，針對磷酸鐵鋰能量密度偏低的不足，近來有科研人員通過加入一種神奇的二維納米材料使磷酸鐵鋰電池密度明顯提升，性能大幅升級，這種材料就是類石墨烯材料——納米單層二硫化鎢。

目前，仍有許多新能源電池領域的專家認為，磷酸鐵鋰不可能是未來新能源汽車主要的動力電池，是一種即將被淘汰的技術。因為從單電池電壓來看，磷酸鐵鋰比鈷酸鋰等材料低很多，磷酸鐵鋰電池的能量密度偏低，電池系統體積很大，大規模運用未必合適，所以磷酸鐵鋰在電動汽車動力電池中的作用誇大了。

總之，磷酸鐵鋰方案不被看好的主要原因就是能量密度偏低。之所以會有這樣的結論，是由於橄欖石型結構磷酸鐵鋰所存在的自身缺陷，結構中PO₄^3-限制了Li⁺的移動空間，而且移動通道較長，影響了大容量快速充放電。儘管目前通過改進製備方法和摻雜進行改善，但磷酸鐵鋰的本征電導率無法得到根本性的改變。另外，現有製備方法固相法存在反應不完全，結晶不規整的缺陷，液相法存在反應工藝複雜，反應條件苛刻的缺陷。

在傳統的磷酸鐵鋰生產工藝中，大都採用了離子摻雜和簡單的碳包覆的技術，得到的LiFePO⁴由於碳包覆的不完全，且包覆的磷酸鐵鋰顆粒之間缺乏導電網路連接，從而不能表現出很好的倍率及迴圈性能。而隨著新材料研究的深入，這一Bug已得到破解。破解的關鍵就是神奇的二維材料——納米單層二硫化鎢。

研究人員在磷酸鐵鋰與氧化錳鋰形成磷酸鐵錳鋰過程中，借助氧化錳鋰的層結構以及二維結構的二硫化鎢納米片層狀結構的誘導，從而形成層狀磷酸鐵錳鋰-二硫化鎢納米片鋰電池正極材料，這就是磷酸鐵鋰正極材料的2.0升級版，該方案已申請了專利。

將磷酸鐵錳鋰-二硫化鎢納米片鋰電池正極材料用於鋰電池正極材料，通過組裝成品電池測試，電池在室溫下電流放電比容量達到144mAh/g，-20℃時電流放電比容量為125mAh/g。120℃時電流放電比容量為115mAh/g，具有優越的高低溫穩定性和續航能力。

性能提升的主要因素是：二維結構的二硫化鎢納米片層狀結構為鋰離子插層脫嵌提供短距離開放通道，存在電導率高、耐高低溫性優異、電容量密度大，有效能緩衝電池結構的體積膨脹，提高迴圈穩定性和高倍率性。同時，通過氧化錳鋰將二硫化鎢引入磷酸鐵鋰，保證了二硫化物的層結構，使二硫化鎢層間僅以較弱的范德華里連接，並以納米尺度單層及多層存在，促使其儲鋰性能的增加，使鋰電池熱動力學穩定性增加，多次的充放電迴圈結構穩定。

或許，許多專家眼中不值一提的磷酸鐵鋰電池還有很大的提升空間，只是他們沒有發現。

• < 前一頁
• 下一個 >