磷酸锰铁锂同磷酸铁锂同属橄榄石晶型结构，理论比容量同为170mAh/g，被称为磷酸铁锂的升级产品。磷酸铁锂低温性能差，但是磷酸锰铁锂低温性能却很优异，这是磷酸锰铁锂相对于磷酸铁锂的另一个优势，也能从根本上解决了磷酸盐锂电池材料低温性能差的问题，但是磷酸锰铁锂低温性能优异的机理一直没有明确的答案。

磷酸锰铁锂导电性能差，材料纳米化也是磷酸锰铁锂性能改善的一大措施。磷酸锰铁锂更小的一次粒径也就意味着更短的锂离子传输路径，这可能是其低温性能优异的原因，于是我们对比不同大小一次粒径的磷酸锰铁锂低温性能差异。磷酸锰铁锂为Mn和Fe的双平台，其中磷酸锰铁锂中Fe的充电上限为3.65V，于是我们单独测试磷酸锰铁锂中Fe平台在低温下的容量保持率，这样就可以准确分析出磷酸锰铁锂中Mn和Fe在低温环境中的性能发挥，进而分析出磷酸锰铁锂低温性能优异的主导因素。

1、 磷酸锰铁锂不同一次粒径对低温性能的影响

1.1 磷酸锰铁锂材料的制备

按照摩尔比60%锰、40%铁将锂源、锰源、铁源、磷源和碳源混合后进入砂磨机中研磨，控制一次粒径为100~200nm，浆料干燥后制得前驱体高温烧结、粉碎后得小粒径的磷酸锰铁锂材料LMFP64-1#材料。

按照上述方法制备LMFP64-2#材料，其中控制一次粒径为300~400nm。

1.2 磷酸锰铁锂全电池的制备

正极配比按照质量比PVDF、乙炔黑、磷酸锰铁锂2∶3∶95制备正极浆料，浆料涂敷在13mm的铝箔上，极片面密度为320g/m2，压实密度为2.3g/cm3。

负极配比按照SBR、CMC、乙炔黑、石墨2∶2∶1∶95制备负极片，浆料涂敷在9mm的铜 箔 上 ，极 片 面 密 度 为 145 g / m2，压 实 密 度 为1.55 g/cm3。

将正极片、负极片、隔膜、电解液制备为14500~500mAh/g的圆柱钢壳电池，其中由LMFP64-1#材料制备的电池为LMFP64-1#电池，由LMFP64-2#材料制备的电池为LMFP64-2#电池。

1.3 正极材料扫描电镜SEM测试

SEM测试采用超高分辨率场发射扫描电镜，测试LMFP64-1#材料、LMFP64-2#材料粉体2万倍扫描电镜。LMFP64-1#材料扫描电镜图见图1，LMFP64-2#材料扫描电镜图见图2。

1.4 全电池低温性能测试

14500~500mAh的圆柱钢壳电池化成分容后，电池以0.5C/0.5C倍率常温25℃充放电测试，记录常温放电容量Q1；电池常温25℃充满电，低温-20℃搁置16h后再低温-20℃放电，记录低温放电容量Q2，测试电压2.00~4.30V，电池低温容量保持率为Q2/Q1。LMFP64-1#电池、LMFP64-2#电池放电容量和低温保持率测试数据如表1所示，LMFP64-1#电池、LMFP64-2#电池常温25℃和低温-20 ℃放电曲线见图3。

2、 磷酸锰铁锂Mn和Fe平台低温性能测试

2.1 磷酸锰铁锂中Fe平台低温性能测试

选取LMFP64-2#电池，电池以0.5C/0.5C倍率常温25℃充放电测试，电压为2.00~4.30V，记录充电容量Q3，放电容量Q4；电池以0.5C/0.5C倍率常温25℃充放电，电压为2.00~3.65V，记录充电容量Q5，放电容量Q6；电池以0.5C/0.5C倍率常温25℃充满电，电压为2.00~3.65V，电池低温-20℃搁置16h后再低温-20℃放电，记录低温放电容量Q7。LMFP64-2#电池Fe平台低温放电测试数据如表2所示，LMFP64-2#电池不同电压、不同温度测试曲线图见图4。

2.2 磷酸铁锂低温性能测试

按照1.2中制备全电池工艺，制备14500~500mAh磷酸铁锂圆柱钢壳电池，同时测试-20℃低温性能。磷酸铁锂电池以0.5C/0.5C进行常温25℃充放测试，记录常温放电容量M1；电池常温25℃充满电，低温-20℃搁置16h后再低温-20℃放电，记录低温放电容量M2，测试电压2.00~3.65V，电池低温容量保持率为M2/M1，LFP电池低温测试数据如表3所示，LFP电池低温测试放电曲线图见图5。

3、 试验分析

3.1 磷酸锰铁锂不同大小一次粒径对低温性能的影响分析

由LMFP64-1#材料和LMFP64-2#材料扫描电镜图，可看出LMFP64-1#材料粉体一次粒径为100~200nm，LMFP64-2#材料粉体一次粒径为300~400 nm，两款材料一次粒径大小有明显差异。使用此两款材料制备全电池测试低温性能，LMFP64-1#电池低温-20℃容量保持率为77.2%、78.6%，LMFP64-2#电池低温-20℃容量保持率为77.0%、77.8%。LMFP64-1#材料虽然一次粒径更小，但是低温性能并没有表现出较一次粒径大的LMFP64-2#更好，说明了磷酸锰铁锂材料一次粒径的大小对磷酸锰铁锂低温性能的发挥没有决定性作用。

3.2 磷酸锰铁锂Mn和Fe平台低温性能分析

LMFP64-2#电池在电压2.00~4.30V范围测试容量保持率为77.0%、77.8%，电池在2.00~3.65V范围内容量保持率为20.1%、20.2%，这个电压范围内测试数据是Fe平台在低温环境中性能的发挥数据，这样可计算出Mn平台在2.00~4.30V范围内容量保持率为56.9%、57.6%，由此可认为磷酸锰铁锂低温容量保持率为77%左右，Fe平台低温容量贡献为20% 左右，Mn平台低温容量贡献为57%左右，LMFP64-2#电池Fe和Mn平台低温测试数据数据如表4所示。

本研究中采用的磷酸锰铁锂材料Fe和Mn摩尔比为40%∶60%，根据常温下电池充电到3.65V，充电和放电Fe平台容量占比也正是40%，其中放电数据可以显示LMFP64-2#电池Fe平台容量占比为39.8%、39.7%，这样根据低温下Fe平台容量保持率为20.1%、20.2%，可以计算出低温环境中Fe容量发挥占Fe平台容量的50.5% 和50.88%，Mn容量发挥占Mn平台容量的94.52%和95.52%，这样来看低温环境中磷酸锰铁锂中Mn平台的低温容量保持率高达95%，Mn平台的容量在低温下基本全部发挥出来。

同时本研究又对比了相同体系的14500~500mAh的磷酸铁锂圆柱钢壳电池，磷酸铁锂在低温-20℃的容量保持率为47.82%、48.68%，同磷酸铁锂中Fe平台的低温容量保持率50%相差不大。冯祥明等研究的磷酸铁锂在低温-20℃容量保持率为50%~55%，同时通过循环伏安法和充放电测试得出磷酸铁锂是磷酸铁锂电池低温容量的主要影响因素这一结论，这同本研究中磷酸铁锂电池低温下容量保持率接近，本研究中LMFP64电池低温下Fe和Mn平台容量发挥占各自平台百分比测试数据、LFP 电池低温测试数据如表5所示。

4、 结论

本研究通过测试磷酸锰铁锂不同大小一次粒径制备的全电池，低温测试容量保持率为77%~78%，得出磷酸锰铁锂低温性能发挥同磷酸锰铁锂一次粒径大小相关性不大。通过测试磷酸锰铁锂电池不同电压下的低温性能，得出磷酸锰铁锂低温下Fe平台容量发挥占Fe平台容量的50.5%、50.88%，Mn平台低温容量发挥占Mn平台容量的94.52%、95.52%，磷酸锰铁锂低温性能优异是因低温下Mn平台容量几乎全部发挥出来所致。

文献参考：刘飞, 苑永, 孔德香,等. 磷酸锰铁锂低温性能的研究[J]. 电源技术, 2023, 47(4):4.