单层二硫化钨神助攻 磷酸铁锂电池或迎来2.0

在新能源汽车的热潮下，越来越多的研究人员致力于研究高性能的新能源电池。当下，锂离子电池因其能量密度高，使用寿命长，对环境无污染等众多优点而成为最基础的电池材料。但是在锂离子电池工业化推广中，正极材料正成为其发展的主要瓶颈。

目前，锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等。在锂电池四大家族中，当下集万千宠爱于一身并且最炙手可热的就是三元电池，连比亚迪都放弃了磷酸铁锂方案，转而转投三元电池阵营。不过，虽然三元电池系统能量密度和续驶里程大幅提升，但是其安全性仍然饱受质疑，不被推荐用于公共交通及多人载客汽车的使用，而且钴价、镍价的一涨再涨也着实让人们爱恨交织。

因此，目前我国大多数的新能源客车仍采用磷酸铁锂电池方案。例如董明珠女士所投资的珠海银隆汽车所使用就是的磷酸铁锂技术。磷酸铁锂电池为何能在纯电动客车领域独占鳌头? 这是因为它具有来源广泛、价格便宜、热稳定性好、无吸湿性、对环境友好，适合大规模开发使用，更适合于大容量要求的电动汽车。而且，针对磷酸铁锂能量密度偏低的不足，近来有科研人员通过加入一种神奇的二维纳米材料使磷酸铁锂电池密度明显提升，性能大幅升级，这种材料就是类石墨烯材料——纳米单层二硫化钨。

目前，仍有许多新能源电池领域的专家认为，磷酸铁锂不可能是未来新能源汽车主要的动力电池，是一种即将被淘汰的技术。因为从单电池电压来看，磷酸铁锂比钴酸锂等材料低很多，磷酸铁锂电池的能量密度偏低，电池系统体积很大，大规模运用未必合适，所以磷酸铁锂在电动汽车动力电池中的作用夸大了。

总之，磷酸铁锂方案不被看好的主要原因就是能量密度偏低。之所以会有这样的结论，是由于橄榄石型结构磷酸铁锂所存在的自身缺陷，结构中PO₄^3-限制了Li⁺的移动空间，而且移动通道较长，影响了大容量快速充放电。尽管目前通过改进制备方法和掺杂进行改善，但磷酸铁锂的本征电导率无法得到根本性的改变。另外，现有制备方法固相法存在反应不完全，结晶不规整的缺陷，液相法存在反应工艺复杂，反应条件苛刻的缺陷。

在传统的磷酸铁锂生产工艺中，大都采用了离子掺杂和简单的碳包覆的技术，得到的LiFePO⁴由于碳包覆的不完全，且包覆的磷酸铁锂颗粒之间缺乏导电网络连接，从而不能表现出很好的倍率及循环性能。而随着新材料研究的深入，这一Bug已得到破解。破解的关键就是神奇的二维材料——纳米单层二硫化钨。

研究人员在磷酸铁锂与氧化锰锂形成磷酸铁锰锂过程中，借助氧化锰锂的层结构以及二维结构的二硫化钨纳米片层状结构的诱导，从而形成层状磷酸铁锰锂-二硫化钨纳米片锂电池正极材料，这就是磷酸铁锂正极材料的2.0升级版，该方案已申请了专利。

将磷酸铁锰锂-二硫化钨纳米片锂电池正极材料用于锂电池正极材料，通过组装成品电池测试，电池在室温下电流放电比容量达到144mAh/g，-20℃时电流放电比容量为125mAh/g。120℃时电流放电比容量为115mAh/g，具有优越的高低温稳定性和续航能力。

性能提升的主要因素是：二维结构的二硫化钨纳米片层状结构为锂离子插层脱嵌提供短距离开放通道，存在电导率高、耐高低温性优异、电容量密度大，有效能缓冲电池结构的体积膨胀，提高循环稳定性和高倍率性。同时，通过氧化锰锂将二硫化钨引入磷酸铁锂，保证了二硫化物的层结构，使二硫化钨层间仅以较弱的范德华里连接，并以纳米尺度单层及多层存在，促使其储锂性能的增加，使锂电池热动力学稳定性增加，多次的充放电循环结构稳定。

或许，许多专家眼中不值一提的磷酸铁锂电池还有很大的提升空间，只是他们没有发现。

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