新能源电池用铁粉【返回上级】
铁粉及其衍生材料在新能源电池领域中的应用日益广泛，尤其在锂离子电池、钠离子电池及燃料电池中，凭借其成本低、资源丰富和环境友好的特性，成为替代传统高成本材料（如钴、镍）的重要选择。
◆ 正极材料：磷酸铁锂（LiFePO₄）
核心作用：
高安全性：橄榄石结构稳定，热失控风险低，适用于动力电池（如电动汽车）。
长循环寿命：充放电过程中体积变化小（<3%），循环次数可达3000次以上。
低成本：铁源（铁粉或FePO₄）价格仅为钴酸锂的1/3，降低电池成本。
制备工艺：
固相法：铁粉与锂盐（Li₂CO₃）、磷酸盐高温烧结。
液相法：纳米铁粉与溶液反应生成前驱体，提升材料均一性。
应用案例：
特斯拉Model 3标准版：采用宁德时代磷酸铁锂电池，成本降低15%。
比亚迪刀片电池：通过结构创新提升体积利用率，续航达600公里。
◆ 负极材料：铁基氧化物
氧化亚铁（FeO）：理论容量高（~1000 mAh/g），但体积膨胀大，需纳米化或碳复合。
四氧化三铁（Fe₃O₄）：较高导电性，但循环稳定性待提升。
改性技术：
碳包覆（Fe₃O₄@C）：抑制体积膨胀，提升导电性。
多孔结构设计：增加锂离子扩散通道。
钠离子电池中的应用
◆ 正极材料：普鲁士蓝类似物（FeFe(CN)₆）
优势：
开放框架结构：允许Na⁺快速嵌入/脱出，倍率性能优异。
低成本：铁源与氰化物前驱体易得。
挑战：
结晶水问题：制备过程中易残留结晶水，导致结构坍塌。
解决方案：低温合成工艺或表面包覆。
◆ 负极材料：铁基合金
FeSn合金：通过合金化反应储钠，但体积膨胀严重。
Fe₃O₄/石墨烯复合：利用石墨烯缓冲体积变化，提升循环寿命。
燃料电池中的应用
◆ 催化剂：铁基非贵金属催化剂
氧还原反应（ORR）催化剂：
FeNC材料：铁原子与氮掺杂碳载体结合，活性接近铂基催化剂。
优势：成本仅为铂催化剂的1/10，耐甲醇毒化。
应用场景：
质子交换膜燃料电池（PEMFC）：用于氢燃料电池汽车（如丰田Mirai试验性替代铂催化剂）。
◆ 双极板涂层
铁基合金涂层（如FeCr）：提升耐腐蚀性与导电性，替代石墨双极板。
其他新能源电池技术
◆ 铁空气电池
原理：铁负极与空气正极反应（Fe + O₂ → FeO），理论能量密度高（~1200 Wh/kg）。
挑战：电解液分解、负极钝化。
进展：Form Energy公司开发的长时储能铁空气电池，可放电100小时以上。
◆ 固态电池
铁基固态电解质：如LiFePO₄与硫化物电解质复合，提升界面稳定性。
