锂离子电池因其具有能量密度高、自放电流小、安全性高、可大电流充放电、循环次数多、寿命长等优点，越来越多地应用于手机、笔记本电脑、数码相机、电动汽车、航空航天、军事装备等多个领域。锂电池产业已经成为国民经济发展的重要产业方向之一。

　　目前，锂离子电池正极材料分为以下几类：①具有层状结构的钴酸锂、镍酸锂正极材料;②具有尖晶石结构的锰酸锂正极材料;③具有橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料;此外还有三元材料。磷酸铁锂正极材料的理论比容量为170mA/g，电压平台为3.7V，在全充电状态下具有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能，因此成为现今动力、储能锂离子电池领域研究和生产开发的重点。

　　LiFePO4基本性能

　　LiFePO4基本结构

　　磷酸铁锂正极材料具有正交的橄榄石结构，pnma空间群，如图1所示。在晶体结构中，氧原子以稍微扭曲的六方紧密堆积的方式排列。Fe与Li分别位于氧原子八面体中心4c和4a位置，形成了FeO6和LiO6八面体。

　　LiFePO4充放电原理

　　磷酸铁锂电池充放电的过程是在LiFePO4与FePO4两相之间进行的，如图2所示，其具体机理为:在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱出。充电时，Li+从正极脱出，迁移到晶体表面，在电场力的作用下，经过电解液，然后穿过隔膜，经电解液迁移到负极晶体表面进而嵌入负极晶格，负极处于富锂状态。与此同时，电子经正极导电体流向正极电极，经外电路流向负极的集流体，再经负极导电体流到负极，使负极的电荷达到平衡。锂离子从正极脱出后，磷酸铁锂转化为磷酸铁;而放电过程则相反。

　　其充放电反应式可表示成式(1)和式(2)

　   充电时

　　放电时

由于政府对环境污染治理力度的加大，车企随即加大对电动汽车的投入，这也导致了电池原材料需求呈现增长。
　　大众表示目前正在推动建立一个长期的供应合同保障，从而避免材料出现短缺。大众计划在2022年之前向电动汽车业务投资340亿欧元，以此来对抗特斯拉。戴姆勒旗下奔驰品牌也计划在2022年之前推出所有车型的电动版，而对手宝马则计划在2025年之前借助12款纯电动车型来实现电动车的大规模生产。
　　回收公司，如比利时的Umicore或者美国的Retriev技术公司等都有意从老旧电池中获取金属成份，以此来缓解材料短缺的问题。
 上世纪80年代，日本正处在经济腾飞期，大刀阔斧的日本商人甚至一度收购了好莱坞。日本产的电子产品也迅速占领着国际市场，西方不敢接的烫手山芋，日本人倒是想试试，要不然NEC也不会花大力气收购Moli。

　　不过这次站出来的幸运儿并不是NEC，而是当时凭借Walkman(随身听)和红白机风头正劲的索尼(Sony)。

　　1980年代末期的索尼手头已经发明了用作锂电池负极的石墨。这种石墨价格低廉，结构稳定，是十分理想的电极材料，只是苦于没有合适的正极与之匹配。古迪纳夫的钴酸锂简直如同一道光，照亮了索尼的前程。很快，索尼将钴酸锂和石墨结合，开发出了全新的可充电锂电池。整个电池中没有纯锂，因此安全性得到了很大提升。

　　由于电池中仅存在锂的离子状态，这类电池被称为锂离子电池(Lithium ion battery)。高性能，低成本，安全性好，这种锂离子电池一经问世立刻受到了欢迎，帮助索尼一跃成为行业老大。我们今天所使用的绝大部分锂离子电池仍然延续这一架构，25年来再没有大的改动，这种钴酸锂-石墨体系的性能之优异可见一斑。

　　钴酸锂使得古迪纳夫一跃成为炙手可热的化学家。

　　1986年，他回到了祖国，进入德克萨斯州大学奥斯丁分校，继续他的研究。当大家都以为这个教授准备在德州安心养老时，谁都没发现他已经将目光转向了另一个材料。

　　不，不止这些

　　远不止这些

　　钴酸锂虽然储能性能好，安全性也不错，但是仍不是一个十全十美的材料。

　　一个原因是在长时间使用后，钴酸锂的层状结构容易崩塌，就好比汉堡中间的牛排被抽出，两层面包自然要塌到一起。崩塌的层之间无法再进行锂离子的存储，造成电池整体的性能衰减。

　　另一个原因是钴酸锂实在太贵。钴元素本身就是一种战略资源，产地只有非洲和美洲一些小国，随着锂离子电池日益兴盛，对钴的需求更是与日俱增，从而极大提高了钴酸锂的成本。

　　稳定性和高成本始终拦在钴酸锂的前方。直到1997年，古迪纳夫又一次让世界震动了。这一年，他拿出的材料叫做磷酸铁锂。

　　这年他75岁。

　　磷酸铁锂(LiFePO4)，或者简称为LFP，在它的晶体结构中，铁与氧组成 FeO6 八面体，磷与氧组成 PO4 四面体，这些八面体与六面体按照一定规则构成骨架，形成Z 字型的链状结构，而锂原子则占据空间骨架中所构成的空位中[7]。

　　相较于钴酸锂的层状结构，LFP的空间骨架结构更稳定，锂离子在骨架的通道中也能快速移动。同时，LFP的成分是极其廉价的铁与磷，价格远低于钴。

　　虽然LFP也存在着不足之处，比如它的储能效果比钴酸锂要差一点，但它的稳定性和低成本迅速吸引了产业界的注意。

　　美国的A123 公司靠着生产LFP，一度成为全球锂离子电池产业的霸主。不过因为LFP的专利出现了问题，牵扯进了当时世界多家电池巨头，一度闹得人心惶惶，也造成LFP的推广之路磕磕绊绊。即便如此，LFP这类材料在未来储能领域，尤其是对低成本、稳定性要求高的应用中前景广阔。