黃信達、任健汶 / 泓辰材料股份有限公司
本文聚焦於磷酸錳鐵鋰(LMFP)作為下一代鋰離子電池正極材料的技術與應用，探討其在高電壓、低成本、高安全性和長循環壽命等特性上的潛力。相較於磷酸鐵鋰(LFP)，LMFP在能量密度上提升了10~20%，並可與三元正極材料(如：NCM)混合以提升容量與安全性。然而，由於錳元素特性，LMFP材料面臨低電子和鋰離子遷移速率、雜質形成和碳含量過高等挑戰，限制了其電化學性能與實際應用。泓辰材料(HCM)深耕LMFP材料研發超過十年，透過累積的基礎研究數據和客戶回饋，成功開發具良好電化學特性、低比表面積和可製造性強的LMFP材料。同時，HCM整合智慧製造系統，實現材料的高效率生產與低成本目標，並與歐美日產學研界建立合作，提升在全球市場的競爭力。
【內文精選】
前 言
目前市面上常見的正極材料以層狀結構的LiNiCoMnO2正極材料(又稱NCM或三元正極材料)與橄欖石結構正極材料為主。LiNiCoMnO2正極材料有趨近於200 mAh/g的放電克電容量，但其材料與有機電解液發生熱分解反應的反應溫度較低且反應時會放出大量熱能，因此使用者對其電池一直有安全性上的疑慮。
LiMnFePO4材料
1. Mn/Fe比例
圖一是不同Mn/Fe比例之LiMnFePO4半電池的測試結果。實驗中以1.0C速率對電池進行充電後，再以不同電流大小(C-rate)對電池進行放電。在圖一中可以發現，隨著Mn/Fe的比例不同，在圖譜之0.1C放電曲線中的≈4.0 V與≈3.5 V的放電平台的比例也會有所改變，且隨著LiMnFePO4材料的Mn/Fe的提高LiMnFePO4材料的放電克電容量有降低的趨勢，並且可以觀察到Mn/Fe比例越低之LiMnFePO4材料，越可以在具有低材料比表面積的狀況下還具有較高之放電克電容量，這是因為LiMnPO4的電子傳遞速率與Li+離子傳遞速率低於LiFePO4的關係。
圖一、不同Mn/Fe比例之LiMnFePO4之充放電圖譜，測試之充電條件1.0C with 0.05C，(a) Mn/Fe =80/20；(b) Mn/Fe = 75/25；(c) Mn/Fe = 70/30；(d) Mn/Fe = 65/35；(e) Mn/Fe = 60/40
2. 碳含量
雖然提高碳含量或提高材料比表面積可克服LiMnFePO4材料在Li+離子遷移速率與電子傳導速率上的不足，但材料的比表面積越高越會增加其材料應用的困難度：當材料的比表面積越大時，材料越容易吸收水氣或溶劑，這也使得材料粉體在漿料製作、漿料塗布的過程中會更難均勻地分散材料粉體(圖四)，使其較難得到高品質之LiMnFePO4電極極片，無形中也提高使用者在製作LiMnFePO4電池的技術門檻。因此，平衡各項LiMnFePO4材料的物理特性與電化學特性，並使其能夠讓電池製造商簡易應用，一直是LiMnFePO4材料能否推廣的關閘 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖四、分散性不佳之LiMnFePO4漿料與極片
★本文節錄自《工業材料雜誌》459期，更多資料請見下方附檔。