磷酸鐵鋰電池正極材料的缺點是什么？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-10 08:42
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磷酸鐵鋰電池的缺點是：
1 磷酸鐵鋰電池正極的振實密度小，密度一般在0.8到1.3左右。體積大。
2 導(dǎo)電性能差，鋰離子擴(kuò)散速度慢，高倍充放電時，實際的比容量低。
3 磷酸鐵鋰電池的低溫性能差。
4 磷酸鐵鋰電池單個電池的壽命長，在2000次左右，但是磷酸鐵鋰電池組的壽命短，一般在500次左右。
擴(kuò)展資料：
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。
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(dá)到2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電（5小時率）使用，可達(dá)到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護(hù)維護(hù)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(dá)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(dá)2C,而鉛酸電池?zé)o此性能。
高溫性能好
磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)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(dá)350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。
國內(nèi)現(xiàn)在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(jī)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、在磷酸鐵鋰制備時的燒結(jié)過程中，氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質(zhì)。這也是日本一直不將該材料作為動力型鋰離子電池正極材料的主要原因。
2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，如振實密度與壓實密度
當(dāng)然，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，該材料是否具有根本性的缺陷也至關(guān)重要。
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(jī)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)起來主要有以下兩點：
1、導(dǎo)電性差。這個問題是其最關(guān)鍵的問題。磷酸鐵鋰電池之所以還沒有大范圍的應(yīng)用，這是一個主要的問題。但是，這個問題目前已經(jīng)可以得到完美的解決：就是添加C或其它導(dǎo)電劑。實驗室報道可以達(dá)到160mAh/g以上的比容量。
2、振實密度較低。一般只能達(dá)到1.3-1.5g/ml，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰的最大缺點。這一缺點決定了它在小型電池如手機(jī)電池等沒有優(yōu)勢。即使它的成本低，安全性能好，穩(wěn)定性好，循環(huán)次數(shù)高，但如果體積太大，也只能小量的取代鈷酸鋰。這一缺點在動力電池方面不會突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來制作動力電池。
磷酸鐵鋰電池正極材料的發(fā)展前景
從長期來看，中國發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是必然的選擇。在此大的背景下相當(dāng)一部分行業(yè)為了保持相對平穩(wěn)的經(jīng)濟(jì)增長，必然要尋求減排技術(shù)上的重大突破。因此未來中國新能源領(lǐng)域需要技術(shù)上取得突破性的進(jìn)展才能完成2020年的減排指標(biāo)。
對于一些發(fā)達(dá)國家來說，由于他們的能源結(jié)構(gòu)相對“清潔”，低碳與節(jié)能關(guān)聯(lián)比較密切。基于中國目前所處的城市化與工業(yè)化共同推進(jìn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段，其能源需求具有明顯的剛性特征，即與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展同步增長的高能源電力需求。對于中國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，降低單位GDP碳強度很大程度上就是通過增加清潔能源，減少單位GDP煤炭消費量，這就需要改變當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展新能源結(jié)構(gòu)。
因此，隨著低碳經(jīng)濟(jì)技術(shù)、清潔能源技術(shù)等新技術(shù)的推廣與應(yīng)用，GDP的增加將不完全與碳排放成比例，同時為進(jìn)一步實現(xiàn)中國減排目標(biāo)提供有力支撐。
綜上所述，國內(nèi)磷酸鐵鋰電池材料具有廣闊的市場空間，同時對于鋰離子電池的快速發(fā)展是一次難得的機(jī)遇。雖然發(fā)展中仍存在諸多問題，但是相信不久的將來，通過各企業(yè)的共同努力，一定能促進(jìn)中國磷酸鐵鋰電池行業(yè)的長足發(fā)展。
