什么是磷酸鐵鋰電池

　　磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料。

 

　　磷酸鐵鋰電池的全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池，這名字太長，簡稱為磷酸鐵鋰電池。由于它的性能特別適于作動力方面的應(yīng)用，則在名稱中加入“動力”兩字，即磷酸鐵鋰動力電池。也有人把它稱為“鋰鐵（LiFe）動力電池”。

 

　　結(jié)構(gòu)與工作原理：

　　LiFePO4電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳（石墨）組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。

 

磷酸鐵鋰電池八大缺陷及八大優(yōu)勢分析

 

 

　　LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移；在放電過程中，負極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的。

 

　　主要性能：

　　LiFePO4電池的標稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。由于各個生產(chǎn)廠家采用的正、負極材料、電解質(zhì)材料的質(zhì)量及工藝不同，其性能上會有些差異。例如同一種型號（同一種封裝的標準電池），其電池的容量有較大差別（10%～20%）。

 

　　磷酸鐵鋰動力電池主要性能列于表1。為了與其他可充電電池的相比較，也在表中列出其他種類可充電電池性能。這里要說明的是，不同工廠生產(chǎn)的磷酸鐵鋰動力電池在各項性能參數(shù)上會有一些差別；另外，有一些電池性能未列入，如電池內(nèi)阻、自放電率、充放電溫度等。

 

磷酸鐵鋰電池八大缺陷及八大優(yōu)勢分析

 

　　表1磷酸鐵鋰動力電池主要性能參數(shù)

 

　　磷酸鐵鋰動力電池的容量有較大差別，可以分成三類：小型的零點幾到幾毫安時、中型的幾十毫安時、大型的幾百毫安時。不同類型電池的同類參數(shù)也有一些差異。這里再介紹一種目前應(yīng)用較廣的小型標準圓柱形封裝的磷酸鐵鋰動力電池的參數(shù)。其外廓尺寸：直徑為18mm、高650mm（型號為18650），其參數(shù)性能如表2所示。

 

磷酸鐵鋰電池八大缺陷及八大優(yōu)勢分析

 

　　表2小型標準圓柱形封裝的磷酸鐵鋰動力電池的參數(shù)

 

　　過放電到零電壓試驗：

　　采用STL18650（1100mAh）的磷酸鐵鋰動力電池做過放電到零電壓試驗。試驗條件：用0.5C充電率將1100mAh的STL18650電池充滿，然后用1.0C放電率放電到電池電壓為0C。再將放到0V的電池分兩組：一組存放7天，另一組存放30天；存放到期后再用0.5C充電率充滿，然后用1.0C放電。最后比較兩種零電壓存放期不同的差別。

 

　　試驗的結(jié)果是，零電壓存放7天后電池無泄漏，性能良好，容量為100%；存放30天后，無泄漏、性能良好，容量為98%；存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到100%。

 

　　這試驗說明該電池即使出現(xiàn)過放電（甚至到0V），并存放一定時間，電池也不泄漏、損壞。這是其他種類鋰離子電池不具有的特性。

 

　　磷酸鐵鋰電池八大優(yōu)勢

　　1、安全性能的改善

　　磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。有報告指出，實際操作中針刺或短路實驗中發(fā)現(xiàn)有小部分樣品出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，但未出現(xiàn)一例爆炸事件，而過充實驗中使用大大超出自身放電電壓數(shù)倍的高電壓充電，發(fā)現(xiàn)依然有爆炸現(xiàn)象。雖然如此，其過充安全性較之普通液態(tài)電解液鈷酸鋰電池，已大有改善。

 

　　2、壽命的改善

　　磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。

 

　　長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力電池，循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就1~1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，理論壽命將達到7~8年。綜合考慮，性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動電流可達2C，而鉛酸電池現(xiàn)在無此性能。

 

　　3、高溫性能好

　　磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣（-20C--+75C），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。

 

　　4、大容量

　　具有比普通電池（鉛酸等）更大的容量。5AH-1000AH（單體）

 

　　5、無記憶效應(yīng)

　　可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池無此現(xiàn)象，電池無論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。

　　6、重量輕

　　同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3，重量是鉛酸電池的1/3。

 

　　7、環(huán)保

　　該電池一般被認為是不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無毒（SGS認證通過），無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池證。所以鋰電池之所以被業(yè)界看好，主要是環(huán)?？剂?，因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國家高科技發(fā)展計劃，成為國家重點支持和鼓勵發(fā)展的項目。隨著中國加入WTO，中國電動自行車的出口量將迅速增大，而現(xiàn)在進入歐美的電動自行車已要求配備無污染電池。

 

　　但有專家表示，鉛酸電池造成的環(huán)境污染，主要發(fā)生在企業(yè)不規(guī)范的生產(chǎn)過程和回收處理環(huán)節(jié)。同理，鋰電池屬于新能源行業(yè)不錯，但它也不能避免重金屬污染的問題。金屬材料加工中有鉛、砷、鎘、汞、鉻等都有可能會釋放到灰塵和水中。電池本身就是一種化學物質(zhì)，所以有可能會產(chǎn)生兩種污染：一是生產(chǎn)工程中的工藝排泄物污染；二是報廢以后的電池污染。

 

　　磷酸鐵鋰電池也有其缺點：例如低溫性能差，正極材料振實密度小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢。而用于動力電池時，磷酸鐵鋰電池和其他電池一樣，需要面對電池一致性問題。

 

　　8、可大電流快速放電

　　可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動電流可達2C，而鉛酸電池現(xiàn)在無此性能。

 

磷酸鐵鋰電池八大缺陷及八大優(yōu)勢分析

 

　　磷酸鐵鋰電池的八大缺陷

　　一種材料是否具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?，除了關(guān)注其優(yōu)點外，更為關(guān)鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。

 

　　國內(nèi)目前普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料，從政府、科研機構(gòu)、企業(yè)甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料，將其作為動力型鋰離子電池的發(fā)展方向。分析其原因，主要有下列兩點：首先是受到美國研發(fā)方向的影響，美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國內(nèi)一直沒有制備出可供動力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷，歸結(jié)起來主要有以下幾點：

 

　　1、一致性差。電池組壽命明顯低于單體。和其他電池相比磷酸鐵鋰電池組壽命沒有明顯優(yōu)勢。在二手市場有大量未達到預(yù)期壽命就淘汰下來的電池組。

 

　　2、存在安全隱患。電池制造和循環(huán)的過程中會產(chǎn)生單質(zhì)鐵，鐵累積容易使電池隔膜刺穿，內(nèi)部短路的風險高

 

　　3、不耐濫用。和鉛酸相比，正極材料導(dǎo)電能力差，內(nèi)阻高。過充電接受能力低，啟動性能遠不如鉛酸

 

　　4、低溫性能不好。低于0度時容量下降快，在低溫下循環(huán)性能極差

 

　　5、能量密度低振實密度低

 

　　6、同重量體積下容量低，不適合做小單體

 

　　7、體積大、重量大

 

　　8、價格貴，工藝成本高，專利費貴

 

磷酸鐵鋰電池八大缺陷及八大優(yōu)勢分析

 

　　磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)中的應(yīng)用

　　磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，包括公交車、電動汽車、景點游覽車及混合動力車等大型電動車輛，電動自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅等輕型電動車，電鉆、電鋸、割草機等電動工具，小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等。在通信行業(yè)，磷酸鐵鏗電池定位于小型化、分散化、信行業(yè)主流電池廠家均供電系統(tǒng)和Ups交流供已開發(fā)出自己的磷酸鐵銼電池產(chǎn)品環(huán)境惡劣的場景，可作為鉛酸電池的有效補充通，榮來那個從10到5OAh，供電系統(tǒng)有48V直流電系統(tǒng)，安裝方式有嵌入式和壁掛式等多種方式，應(yīng)用場景包括戶外、樓道、弱電并等，供電設(shè)備包括末端傳輸設(shè)備、直接放站時而被、RRu等。

 

　　磷酸鐵鋰電池的發(fā)展方向

　　燃料電池、釩電池等未來電池技術(shù)尚未成熟，鋰電池作為新一代電池技術(shù)的代表，已成功走向市場，開啟了規(guī)模化的商業(yè)應(yīng)用。國家“十二五“計劃已將鏗電池作為未來電池技術(shù)的重點發(fā)展方向。2009年4月29日《通信用后備式鏗離子電池組》技術(shù)標準儀征市發(fā)布。我國現(xiàn)在已有一些工廠生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池正極材料及不同容量的磷酸鐵鋰電池。未來磷酸鐵鋰電洲容會更便宜，并且其應(yīng)用將更普遍，將是未來動力電池市場的主流。