中國(guó)粉體網(wǎng)訊 當(dāng)前，磷酸鐵鋰（LFP）憑借優(yōu)異的安全性能已成為市場(chǎng)主流選擇，但其較低的能量密度嚴(yán)重制約了電池的能量上限。提升正極材料的電化學(xué)性能（如能量密度）已成為推動(dòng)電化學(xué)工業(yè)發(fā)展及加速電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵問題。
磷酸錳鐵鋰（LMFP）因其能量密度比LFP高出10%~20%被認(rèn)為是LFP的進(jìn)階產(chǎn)品。然而，其固有的Jahn–Teller效應(yīng)引發(fā)的結(jié)構(gòu)畸變會(huì)導(dǎo)致錳溶出、電導(dǎo)率低及循環(huán)性能差等問題，嚴(yán)重制約了該材料的商業(yè)化應(yīng)用。
針對(duì)上述問題，目前的研究主要圍繞材料改性與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩大策略展開，旨在穩(wěn)定磷酸錳鐵鋰的晶體結(jié)構(gòu)、提升本征電導(dǎo)率，并最終實(shí)現(xiàn)其在高電壓、高倍率場(chǎng)景下的應(yīng)用。
1.表面包覆
表面包覆是抑制錳溶出、減少副反應(yīng)最直接有效的策略之一。通過構(gòu)建穩(wěn)定的包覆層（如碳包覆、金屬氧化物（如Al₂O₃、ZrO₂）、或快離子導(dǎo)體（如LATP、LLZO）），可以有效隔絕電解液與活性材料的直接接觸，從而減輕電極-電解質(zhì)界面處的Mn2+溶解及由此引發(fā)的催化性副反應(yīng)。此外，精密的包覆層還能抑制充放電過程中的顆粒破裂，為電子和離子傳輸提供連續(xù)通路，進(jìn)而提升倍率性能。
2.離子摻雜
離子摻雜是從原子尺度穩(wěn)定LMFP晶體結(jié)構(gòu)的根本性手段。通過引入不同價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子（如Mg²⁺、Al³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺等）進(jìn)行摻雜，可以部分取代晶格中的Li位或Fe/Mn位。這種操作不僅能有效抑制Jahn–Teller畸變，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，還能在材料內(nèi)部創(chuàng)造更多的鋰空位或電子缺陷，顯著提高其本征電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，從而同時(shí)改善其循環(huán)壽命與倍率性能。
3.顆粒納米化
將LMFP材料制備成納米尺度的顆粒是縮短鋰離子擴(kuò)散路徑、提升倍率能力的有效途徑。通過控制合成工藝（如溶劑熱法、噴霧熱解法），可以制備出球形、片狀或一維納米線等特殊形貌的材料。納米化極大地增加了比表面積，提供了更多的電化學(xué)反應(yīng)活性位點(diǎn)。然而，納米化也帶來了更高的表面能，可能導(dǎo)致副反應(yīng)加劇。因此，通常將納米化與表面包覆策略協(xié)同使用，在保證高倍率性能的同時(shí)維持界面的長(zhǎng)期穩(wěn)定。
4.與高電壓電解液的適配性研究
LMFP材料的工作電壓平臺(tái)高達(dá)4.1V（vs. Li⁺/Li），這對(duì)傳統(tǒng)碳酸酯類電解液的抗氧化穩(wěn)定性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。電解液在高電壓下的分解是導(dǎo)致電池阻抗增長(zhǎng)、容量衰減的重要原因。因此，開發(fā)與應(yīng)用LMFP匹配的高電壓電解液體系至關(guān)重要。
綜上所述，通過多元協(xié)同的改性策略并配套開發(fā)高電壓電解液——是攻克磷酸錳鐵鋰材料瓶頸、充分發(fā)揮其高能量密度潛力的關(guān)鍵。
2025年11月26日，中國(guó)粉體網(wǎng)將在江蘇常州舉辦“2025高壓實(shí)磷酸（錳）鐵鋰技術(shù)大會(huì)”。屆時(shí)，來自沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)的史發(fā)年教授將作《高電壓、高倍率磷酸錳鐵鋰材料探索研究》的報(bào)告。
錳基正極材料在鋰離子電池的應(yīng)用發(fā)揮重要作用，本報(bào)告將論述磷酸錳鐵鋰正極材料的特色與應(yīng)用場(chǎng)景，它的優(yōu)點(diǎn)與存在的問題，以及解決問題的辦法。針對(duì)團(tuán)隊(duì)研究的磷酸錳鐵鋰正極材料的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行陳述與分享。作為在磷酸鐵鋰基礎(chǔ)上改性的正極材料，磷酸錳鐵鋰正極材料具有更高電壓特性和更高倍率性能，需要適配高電壓穩(wěn)定的電解液。最后展望錳基電極材料具有光明的應(yīng)用前景，尤其在未來5-10年有望占領(lǐng)正極材料的主戰(zhàn)場(chǎng)。
專家簡(jiǎn)介：史發(fā)年，博士，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。中國(guó)能源學(xué)會(huì)能源與環(huán)境專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)化工學(xué)會(huì)無機(jī)酸堿鹽專業(yè)委員會(huì)智庫(kù)專家委員，中國(guó)化學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。1991-1996年于中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所稀土資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室攻讀碩士學(xué)位并直博；1997-2001年先后在南京大學(xué)配位化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究、南京師范大學(xué)從事教學(xué)工作；2001-2014年在葡萄牙阿威羅大學(xué)化學(xué)系作博士后和研究員。目前主要研究方向包括：金屬配合物材料設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、復(fù)合材料、稀土功能材料、鋰離子電池材料等的設(shè)計(jì)與改性。共發(fā)表學(xué)術(shù)論文180余篇，其中有10余篇論文進(jìn)入ESI 1%高被引。積極與多家企業(yè)合作參加各種產(chǎn)學(xué)研用活動(dòng)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、遼寧省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目及橫向課題等。作為大會(huì)主席多次舉辦和主持國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。于近兩年參與四項(xiàng)鋰離子電池材料領(lǐng)域的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)起草與修訂工作。
參考來源：
詹皓博等《鋰離子電池磷酸錳鐵鋰正極材料研究進(jìn)展》
黃宗朋等《鋰離子電池正極材料磷酸錳鐵鋰的研究進(jìn)展》
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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