近日工信部公布的第331批《道路機(jī)動車輛生產(chǎn)公司及產(chǎn)品通告》中，進(jìn)行申報(bào)的新能源汽車共有306款（包括乘用車、客車以及專用車），其中采用磷酸鐵鋰離子電池的車輛占到了78%，磷酸鐵鋰離子電池的成本優(yōu)勢使其在公共交通領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

隨著我國電動汽車的迅速發(fā)展，眾多乘用車公司生產(chǎn)的電動汽車均采用了三元鋰離子電池，三元鋰離子電池的需求量也在逐漸新增，甚至出現(xiàn)高品質(zhì)的三元鋰離子電池供不應(yīng)求的現(xiàn)象。

但實(shí)際上，相比三元鋰離子電池，磷酸鐵鋰離子電池有獨(dú)特的優(yōu)勢，比如熱穩(wěn)定性更強(qiáng)，不易出現(xiàn)三元鋰離子電池自燃或者發(fā)生碰撞爆燃的情況。且循環(huán)壽命更長，磷酸鐵鋰離子電池充放電循環(huán)次數(shù)大于3500次后才會開始衰減，但三元鋰離子電池充放電循環(huán)次數(shù)則僅為2000次。更重要的是，磷酸鐵鋰離子電池更具成本優(yōu)勢，磷酸鐵鋰離子電池來說，其不含鈷等貴重元素，原料為資源含量豐富的磷、鐵，所以成本更容易控制。

而作為傳統(tǒng)鋰離子電池的正極材料，層狀巖鹽相和尖晶石相過渡金屬氧化物被廣泛的研究和改良，從而不斷提高各項(xiàng)性能指標(biāo)以滿足市場關(guān)于鋰離子電池的要求。近年來，相關(guān)于負(fù)極材料的進(jìn)步，正極材料的研究相對滯后，已經(jīng)成為制約鋰離子電池整體性能提升的重要因素。

現(xiàn)有方法以磷酸鐵、鋰化合物和葡萄糖作為前驅(qū)體，通過噴霧干燥的方法制備得到磷酸鐵鋰正極材料。為了提高磷酸鐵鋰的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，要減小產(chǎn)物平均粒徑并對表面進(jìn)行碳包覆處理，同時(shí)，形成的二次顆粒中存在大量孔隙，降低了產(chǎn)物的容量和壓實(shí)密度，非活性物質(zhì)的加入也降低了正極材料的實(shí)際容量。

但氧化石墨烯等物質(zhì)盡管具有很高電導(dǎo)率，但表面含氧官能團(tuán)與多硫化物的結(jié)合效果并不理想，此外碳材料本身在硫的電壓區(qū)間內(nèi)并不能發(fā)生鋰離子的嵌入脫嵌過程，不能供應(yīng)任何額外容量，如何進(jìn)一步提高鋰離子電池的容量和循環(huán)性能成為目前要解決的技術(shù)問題。

于是，比亞迪在18年八月二十二日申請了一項(xiàng)名為“鋰離子電池的正極材料及其制備方法、鋰離子電池”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01810962938.X），申請人為比亞迪股份有限公司。

根據(jù)目前公開的專利資料，讓我們一起來看看這項(xiàng)磷酸鐵鋰離子電池吧。

這個(gè)專利重要供應(yīng)了一種鋰離子電池的正極材料，這種正極材料包括磷酸鐵鋰骨架、碳包覆層、硫包覆層和金屬硫化物殼層，碳包覆層包覆在磷酸鐵鋰骨架的內(nèi)部孔道壁和外表面上，硫包覆層填充在磷酸鐵鋰骨架的內(nèi)部孔道并包覆在碳包覆層上，金屬硫化物殼層包覆在硫包覆層上。

同時(shí)也介紹了一種制備鋰離子電池的正極材料的方法，首先將具有碳包覆層的磷酸鐵鋰骨架與液態(tài)硫接觸，以使得液態(tài)硫進(jìn)入磷酸鐵鋰骨架的內(nèi)部孔道并包覆在碳包覆層的表面，得到具有碳和硫復(fù)合包覆層的磷酸鐵鋰。

其次再將具有碳和硫復(fù)合包覆層的磷酸鐵鋰在有機(jī)溶劑中與金屬前驅(qū)體在回流條件下接觸，使具有碳和硫復(fù)合包覆層的磷酸鐵鋰外表面形成金屬硫化物薄層外殼。

這樣得到的正極材料通過原位形成金屬硫化物殼層可以有效抑制硫和多硫化物的溶出，同時(shí)包覆有金屬硫化物殼層的正極材料組裝成的電池的容量可以進(jìn)一步得到提高，從而使得電池的循環(huán)性能也得到顯著提升。

下面我們根據(jù)該專利中關(guān)于電池進(jìn)行測試的一些數(shù)據(jù)來更加直觀的了解這種性能優(yōu)良的磷酸鐵鋰鋰離子電池。

如上圖為電池的充放電曲線圖，通過恒電流充放電法測試電池的容量，分別將兩種電池設(shè)置為充電狀態(tài)，即工作電極脫鋰狀態(tài)，在充電電流為0.1mA充電以及截止電壓為3.8V停止運(yùn)行，測試得到電池的充放電曲線，計(jì)算首次脫鋰比容量。

而這里的脫鋰比容量就是我們說的充電容量，而上面這個(gè)測試結(jié)果的循環(huán)曲線圖如上圖所示，下圖則分別展示了正極材料的XRD衍射曲線（左）、正極材料的熱失重曲線圖（中）以及正極材料的掃描電鏡照片（右）。

可以發(fā)現(xiàn)該專利發(fā)明的電池循環(huán)400次后的容量依舊能保持80％，通過測試實(shí)的XRD譜圖中可以清楚地看到磷酸鐵鋰和硫的特點(diǎn)吸收峰，且峰高較高，并且也能看到硫化亞鐵的特點(diǎn)吸收峰，說明硫化亞鐵成功包覆在了磷酸鐵鋰外部，同時(shí)也說明這種方法在制備正極材料的過程中不會發(fā)生副反應(yīng)生成其它雜質(zhì)物質(zhì)。

從熱重曲線中可以看出，200℃左右的失重屬于硫的升華，可以測出硫含量為4wt％左右，同時(shí)通過上圖（右）可以看出包覆有硫化亞鐵殼層的磷酸鐵鋰粒子之間發(fā)生了團(tuán)聚，結(jié)合元素分析可以看出硫粘結(jié)在包覆有硫化亞鐵殼層的磷酸鐵鋰之間，說明這種正極材料中硫化亞鐵形成了緊密的外層，這將有助于提升電池的綜合性能。

以上就是比亞迪發(fā)明的磷酸鐵鋰離子電池，在該專利的設(shè)計(jì)中，正極材料通過原位形成金屬硫化物殼層有效抑制硫和多硫化物的溶出，包覆有金屬硫化物殼層的正極材料組裝成的電池的容量可以進(jìn)一步提高，同時(shí)電池的循環(huán)性能也得到顯著提升！