近年來(lái)，LiFePO4（磷酸鐵鋰電池），由于具有低成本、高比容量、安全性好以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而成為動(dòng)力鋰離子電池中最有前途的正極材料之一。但該材料的不足之處是導(dǎo)電性能差，大電流充放電時(shí)其容量衰減很快，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

通常采用包覆或金屬離子摻雜的方法改善其導(dǎo)電性.例如，1999年Ravet用碳原料合成，2002年Scrosati用金屬涂層，2003年Chiang運(yùn)用Nb、Ti摻雜對(duì)其進(jìn)行改性。S.Y.Cbung和Y.M.Chiang等發(fā)現(xiàn)，未摻雜的LiFePO4，活化能接近500meV，而摻雜的LiFePO4的活化能只有60-80meV。

應(yīng)用第一性原理計(jì)算的結(jié)果表明，LiFePO4是一種半導(dǎo)體，導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能級(jí)寬度約為0.3eV.據(jù)此，Chiang等提出了一種兩相模型的觀點(diǎn):在電池的充放電過(guò)鋰中，F(xiàn)e3+/Fe2+的比例會(huì)發(fā)生變化，從而LiFePO.晶體也在p型與n型間發(fā)生變化。

在充電過(guò)鋰中，Li+缺陷的存在會(huì)使Fe忡的含量增加，即p型的成分增加;放電時(shí)則恰好相反，即p型轉(zhuǎn)變成n型。單獨(dú)的Fe2+和Fe3+的導(dǎo)電性都比較差，摻雜后形成的Fe3+/Fe2+混合價(jià)態(tài)，可以有效地增強(qiáng)LiFePO4的導(dǎo)電性。

按照以上方法摻雜后的LiFePO4具有優(yōu)良的充放電性能，特別是大電流性能，即使在21.5℃(3225mA?g-1，比容量以150mAh.g-1計(jì))的電流下放電，仍可得到60mAh.g-1的比容量。照此比例，采用以摻雜后的LiFePO4作為正極的鋰離子電池完全可以滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力要求，甚至可以裝配出比功率為4000--10000W?kg-1、比容量為5~10Wh.kg-1的超級(jí)電容器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般鋰離子電池的范圍。

相對(duì)于摻雜碳來(lái)說(shuō)，碳的加人降低了材料的實(shí)際密度，不利于電池體積比容量提高。而1%左右的金屬離子摻雜幾乎不影響LiFePo4的實(shí)際密度，為這類材料走向?qū)嵱玫於嘶A(chǔ)。可以預(yù)見(jiàn)關(guān)于摻雜金屬離子的類型和摻入方式以及混合離子摻雜的協(xié)同作用等的研究將成為下階段人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

通常認(rèn)為，在電化學(xué)系統(tǒng)中，非常快速的充放電只有超級(jí)電容器才能實(shí)現(xiàn)。雖然超級(jí)電容器有很高的功率，但它的能量密度很低，因?yàn)樗荒芡ㄟ^(guò)帶電粒子在電極材料上的表面吸附反應(yīng)來(lái)儲(chǔ)存能量。而鋰離子電池是通過(guò)儲(chǔ)存和釋放鋰離子和電子來(lái)吸收和釋放能源的。因此，鋰離子電池的功率主要取決于對(duì)鋰離子和電子的遷移速率。提高LiFePO4本體的充放電性能的策略，重點(diǎn)放在改善材料本體陽(yáng)或表面的電子遷移性上，或放在使用納米材料來(lái)減少電子和鋰離子的移動(dòng)距離上。

然而，最近的證據(jù)表明，鋰離子在材料表面上的遷移可能與電子傳遞同樣重要。原則上，LiFePO4在所有晶面上都可以與電解質(zhì)交換惶離子，但鋰離子只能從面進(jìn)入晶體的主體。因此，提高鋰離子在晶面的擴(kuò)散速率應(yīng)該能提高電極材料的充放電速率。

最近，Kang和Ceder通過(guò)使用受控的非計(jì)量方法在具有快速鋰離子移動(dòng)性的LiFePO4材料表面上加一層組離子導(dǎo)體薄膜，證明電池通過(guò)在它的主體材料中儲(chǔ)存電荷可獲得很高的能量密度，也可以獲得超級(jí)電容器的越高放電速率，這種具有極高大電流放電能力的電極材料能在10--205內(nèi)完全放電，使超級(jí)電容器和電池之間的區(qū)別變得模糊。