什么是磷酸鐵鋰材料動力電池，磷酸鐵鋰材料動力電池仍占主流
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-11 17:32
點擊量：次
對于磷酸鐵鋰電池，純電動客車的磷酸鐵鋰電池的能量密度范圍為90-155Wh/kg，車輛的行駛里程范圍為200-588公里；對于三元電池，系統(tǒng)能量密度由磷酸鐵鋰材料所制成的動力電池來做研究。純電動城市客車用電池為142.6W/kg，行駛里程為467km。純電動轎車喜歡磷酸鋰鐵動力電池，主要是因為它們比三元材料電池具有更高的安全性。新能源客車載人多，一旦發(fā)生安全事故，容易造成比客車更大的危害。動力電池是影響新能源汽車安全性能的主要因素，直接關(guān)系到電池工業(yè)的發(fā)展，影響國家政策和輿論的導(dǎo)向。
因此，盡管三元動力電池比磷酸鐵鋰電池具有更好的耐久性和能量密度，但磷酸鐵鋰電池的安全性是客車領(lǐng)域首要考慮的問題?；诹姿徼F鋰電池的產(chǎn)業(yè)化和我國高技術(shù)成熟，純動力客車領(lǐng)域仍傾向于使用安全磷。酸性鋰鐵電池。磷酸鐵鋰電池在新能源轎車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而能量密度限制了其在轎車領(lǐng)域的發(fā)展，這是事實。
行內(nèi)專家表示，例如比亞迪大規(guī)模生產(chǎn)的磷酸鐵鋰矩形殼電池的能量密度為176Wh/kg，未來的上限為230Wh/kg。三維矩形殼電池的能量密度已達到213Wh/kg,未來采用高鎳正極材料與石墨負(fù)極配合使用時,最大能量密度可達275Wh/kg。在此基礎(chǔ)上，碳化硅負(fù)極材料是突破310WH/kg的關(guān)鍵。總體而言，現(xiàn)已設(shè)計出的磷酸鐵鋰（燒結(jié)爐）回轉(zhuǎn)窯技術(shù)成熟、可靠。但從技術(shù)進步和電池粉體材料燒結(jié)工業(yè)的發(fā)展趨勢來看，技術(shù)更新的時間越來越短。目前，沒有大型回轉(zhuǎn)窯作為磷酸鐵鋰材料大規(guī)模集中煅燒的主要設(shè)備。目前，國內(nèi)用來做磷酸鐵鋰材料煅燒回轉(zhuǎn)窯必須不斷改進和優(yōu)化工藝。為了滿足日益嚴(yán)格的超大型、高質(zhì)量、環(huán)保的要求，必須設(shè)計出更加合理、節(jié)能、環(huán)保的新一代回轉(zhuǎn)窯。因此，現(xiàn)已設(shè)計了一種新型的徑向接觸材料密封與軸向迷宮密封相結(jié)合的密封結(jié)構(gòu)。磷酸鐵鋰材料與窯內(nèi)膽的接觸具有潤滑作用，磨損慢，使用壽命長，能夠保證間隙的有效密封。這種密封結(jié)構(gòu)可以減少冷空氣進入量，從而減少磷酸鐵鋰材料的燃燒損失。
江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司獨立研發(fā)生產(chǎn)的磷酸鐵鋰材料燒結(jié)爐，采用陶瓷內(nèi)膽，材料燒結(jié)過程無金屬接觸，從源頭上做到全金屬隔離，保證粉體的純凈度，徹底解決燒結(jié)過程金屬污染的行業(yè)痛點。磷酸鐵鋰材料燒結(jié)爐所采用的復(fù)合陶瓷內(nèi)膽具有極強的耐腐蝕性，針對燒結(jié)工藝中的揮發(fā)腐蝕氣體具有很強的耐性，能夠大大延長設(shè)備的使用壽命。磷酸鐵鋰材料燒結(jié)爐采用動態(tài)密封系統(tǒng)，可全程對物料進行隔離，保證燒結(jié)材料的品質(zhì)，全封閉的結(jié)構(gòu)保證了燒結(jié)工藝無泄露點，嚴(yán)格控制材料燒結(jié)氣氛，完全達到環(huán)保的要求，解決氣氛控制這個行業(yè)痛點。 此外，磷酸鐵鋰材料燒結(jié)爐可供生產(chǎn)使用，自動進料出料，操作簡單，維護方便。而且采用動態(tài)翻滾的加熱形式，取代靜態(tài)匣缽燒結(jié)方式，克服物料靜態(tài)煅燒產(chǎn)生的過燒、夾生等缺陷，提高物料受熱的均勻性和產(chǎn)品品質(zhì)。磷酸鐵鋰材料燒結(jié)爐可以大幅度提升生產(chǎn)效率，能耗降低55%以上。
我們現(xiàn)在使用的鋰電池都是鋰離子電池，此外還有鋰金屬電池，以鋰金屬或鋰合金作為負(fù)極材料的一種電池，最早在1912年便由Gilbert N. Lewis提出，當(dāng)時的鋰金屬電池為一次電池（不可充電），由于相比當(dāng)時的其他電池，鋰金屬電池對加工、保存的要求高，因而沒有成為主流。
而鋰離子電池則比鋰金屬電池年輕許多，它采用鋰的金屬氧化物作為正極，于20世紀(jì)70年代誕生，但直到90年代，隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，對高功率、高能量密度電池的需求增大，鋰離子電池才開始成為主流。并且，鋰金屬電池隨著技術(shù)發(fā)展，近來有開始復(fù)興的趨勢，但還未形成潮流，本文主要討論的對象三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池均為鋰離子電池，除此之外，算上鈦酸鋰電池，這三種電池是主流的車用動力電池。
☆鋰離子電池的結(jié)構(gòu)
鋰離子電池的主要結(jié)構(gòu)包括正、負(fù)極、電解液、隔膜和其他一些附件。其中正極材料是研究的重點，三元鋰和磷酸鐵鋰均描述了鋰離子電池的正極材料。而當(dāng)前應(yīng)用的負(fù)極材料主要為石墨，結(jié)晶度高，導(dǎo)電性好，對鋰離子的容量大，達到了372mAh/g，大大超過了正極材料的容量，這也是為什么現(xiàn)在主要研究正極材料的原因。
鋰電池的電解液與傳統(tǒng)電池（鉛酸電池、鎳鎘電池等）不同，不采用以水為溶劑的電解液，因為水的了理論分解電壓只有1.23V（想想上一期的燃料電池單電池理想電壓），因此，以水為電解液的電池電壓最高不過2V左右。而鋰電池的電壓在3-4V左右。常用的電解質(zhì)材料為無機陰離子鋰鹽，LiBF4、LiPF6、LiAsF6這三類。溶劑則有酯類、醚類和颯類。
隔膜則是起隔斷電子和透過離子作用，使電子必須從外電路遷移，而離子則可以通過電解液移動，保證外電路有電流通過，防止電池內(nèi)短路。隔膜材料有單層PE、單層PP、三層PP等。
☆鋰離子電池充放電的基本原理
先明確兩個概念，一，電池是將氧化還原反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。典型特征就是電極上反應(yīng)物得失電子，通過外電路流動，進而便產(chǎn)生了電流。正負(fù)極之間的電荷傳遞是通過電解液中陰陽離子的運動形成的。
二，二次電池是指可多次再充放電的電池，其內(nèi)部發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)是可逆的。電池放電，內(nèi)部的A物質(zhì)變成B物質(zhì)，化學(xué)能變成電能；而充電時，B物質(zhì)又能夠變回A物質(zhì)，電能變成化學(xué)能儲存。
充電時鋰離子從正極材料的晶格中脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極材料層中；放電時鋰離子從負(fù)極材料晶格中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極材料中。而電子則通過外電路，形成電流。
鋰電池充放電反應(yīng)過程為：
式中，Y為過度金屬，在鈷酸鋰電池（LiCoO2）中Y為鈷（Co），在錳酸鋰電池中就是錳（Mn）。對于三元鋰電池就是鎳鈷錳酸鋰[Li（NiCoMn）O2]中的NiCoMn，對于磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池，就是FePO4。
另外，正極負(fù)極指電位高低，陰極陽極則通過得失電子區(qū)分，得電子的電機發(fā)生還原反應(yīng)是陰極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)是陽極。充電和放電正負(fù)極不變，而陰陽極會反向。
對于鋰離子電池而言，正極材料的開發(fā)是其關(guān)鍵技術(shù)。理論上，根據(jù)上述反應(yīng)化學(xué)式，可以實現(xiàn)鋰離子脫嵌的物質(zhì)都可以作為正極材料，但實際上，這并非易事。出于性能考慮，它需要有良好的導(dǎo)電性、較大的放電倍率以及與電解質(zhì)良好的相容性；出于壽命考慮，它需要有高度的可逆性和較弱的極化效應(yīng)，出于安全考慮，它需要保證良好的穩(wěn)定性和溫和的電極過程動力學(xué)。
☆磷酸鐵鋰和三元鋰電池
