高性能 LiFe0.5Mn0.5PO4纳米晶：为高倍率长寿命动力电池注入新动能

高性能

LiFe_0.5Mn_0.5PO₄

纳米晶：

成果速览

电动汽车要实现更长续航、更快充电和更长寿命，正极材料的能量密度、离子传输效率和结构稳定性至关重要。传统磷酸铁锂材料安全性高、循环寿命长，但能量密度相对有限；而锰基磷酸盐材料具有更高电压平台，却面临结构畸变和反应动力学较慢等问题。针对这一瓶颈，中国科学院金属研究所王晓辉团队开发出高性能LiMn_0.5Fe_0.5PO₄纳米晶正极材料。该材料通过铁锰等摩尔固溶设计，在保持橄榄石结构安全稳定优势的同时，兼顾了较高能量密度、优异倍率性能和长循环寿命。研究发现，LiMn_0.5Fe_0.5PO₄在充放电过程中表现出独特的单相反应特征，具有“零锂混溶间隙”行为，可有效降低锂离子嵌入/脱出过程中的相变阻力，为发展高能量密度、高倍率、长寿命锂离子电池正极材料提供了新的设计思路。

传统橄榄石结构 LiFePO₄正极材料具有成本低、安全性好、循环寿命长等优势，是当前动力电池的重要正极材料之一。但受限于较低的电压平台，其理论能量密度难以进一步满足高端动力电池对长续航的需求。相比之下，LiMnPO₄具有更高的工作电压平台，理论能量密度更具优势。然而，锰离子在充放电过程中容易产生Jahn–Teller效应，引发局部结构畸变，导致锂离子扩散受阻、电化学反应动力学变慢，从而影响倍率性能和循环稳定性。

· 超高产率：1.3 mol·L^-1，具备规模化生产潜力

· 循环稳定性：1C倍率下循环1000圈，容量保持率达87%

· 全电池表现：与Li₄Ti₅O₁₂负极组成全电池，1C循环500圈，容量保持率高达93%

这意味着电池不仅跑得远、充得快，而且寿命长，尤其适合严寒环境下的频繁充放电工况。

该成果主要面向高性能锂离子电池正极材料领域，尤其适用于对安全性、能量密度、倍率性能和循环寿命均有较高要求的动力电池体系。在电动汽车领域，LiMn_0.5Fe_0.5PO₄纳米晶材料有望在保持磷酸盐正极材料高安全性优势的基础上，进一步提升电池能量密度和快充能力，为长续航、高安全动力电池提供材料支撑。在储能电池领域，该材料良好的循环稳定性和绿色制备特征，也使其具备应用于大规模储能系统的潜力，可服务于新能源并网、分布式储能和高安全储能装备等方向。

团队与联系

· 成果完成部门：陶瓷材料研究部 · 结构陶瓷功能化课题组

· 成果联系人：王晓辉

·电话：024-83970549

· 邮箱：wang@imr.ac.cn