鋰電池磷酸鐵鋰正極材料結(jié)構(gòu)和發(fā)展現(xiàn)狀分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-15 17:21
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鋰電池用磷酸鐵鋰正極材料的結(jié)構(gòu)與發(fā)展。隨著能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的出現(xiàn)，鋰離子動(dòng)力電池成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。磷酸鐵鋰因其理論容量大、循環(huán)性能好、安全性高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。分析了未來(lái)鋰電池用磷酸鐵鋰正極材料的結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢(shì)。
磷酸鐵鋰電池。JPG
磷酸鐵鋰正極材料結(jié)構(gòu)，用于鋰電池
陰極材料主要包括LCO、尖晶石LMO、橄欖石LFP等晶體結(jié)構(gòu)。由于過(guò)渡金屬氧化物和聚陰離子化合物具有高電壓和高容量的特點(diǎn)，目前對(duì)其材料的研究主要集中在過(guò)渡金屬氧化物和聚陰離子化合物上。
磷酸鐵鋰電池正極材料為正交橄欖石結(jié)構(gòu)，pnma空間組。LiFePO4的結(jié)構(gòu)是沿著c軸方向鏈接的。一個(gè)PO4四面體與一個(gè)FeO6八面體和兩個(gè)LiO6八面體共用一條邊，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
從結(jié)構(gòu)上看，PO4四面體位于FeO6層之間，在一定程度上阻礙了鋰離子的擴(kuò)散。另外，共頂點(diǎn)FeO6八面體的電子導(dǎo)電性相對(duì)較低。這使得磷酸鐵鋰只能以較小的放電速率充放電，而在較大的放電速率下，內(nèi)部鋰離子沒有時(shí)間移出，電化學(xué)極化會(huì)很大。
磷酸鐵鋰電池正極材料現(xiàn)狀
目前，大規(guī)模的市場(chǎng)應(yīng)用主要有磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料錳酸鎳鈷鋰和鋁酸鎳鈷鋰三種類型。其中，磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料在基礎(chǔ)研究方面沒有太多的技術(shù)突破空間，其能量密度和主要技術(shù)指標(biāo)已接近應(yīng)用極限。從技術(shù)進(jìn)步的角度來(lái)看，三元材料因其具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為電力鋰陰極材料的主流。
2016年，全球鋰電池出貨量達(dá)到118GWh，其中動(dòng)力鋰電池出貨量從2011年的1.08GWh增至2016年的40.52GWh，占市場(chǎng)份額從2.32%增至34.30%。
2017年，全球鋰離子電池出貨量達(dá)到143.5億千瓦時(shí)，其中汽車用鋰電池58.1億千瓦時(shí)，儲(chǔ)能用鋰電池11.0億千瓦時(shí)，其他傳統(tǒng)領(lǐng)域的鋰電池74.4億千瓦時(shí)。
在鋰電池及其下游產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的帶動(dòng)下，磷酸鐵鋰電池正極材料發(fā)展迅速。2016年，全球鋰離子電池正極材料銷量達(dá)31.74萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)42.1%。2011年至2016年，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為32.17%。從應(yīng)用結(jié)構(gòu)上看，鋰正極材料市場(chǎng)可細(xì)分為小型鋰正極材料市場(chǎng)和動(dòng)力鋰正極材料市場(chǎng)。小型鋰正極材料主要有鈷酸鋰、三元材料和錳酸鋰，動(dòng)力鋰正極材料主要有錳酸鋰、磷酸鋰鐵和三元材料。
到目前為止,磷酸鐵鋰電池陰極材料占鋰離子電池陽(yáng)極的8%的市場(chǎng)份額,而在最近幾年,與國(guó)內(nèi)幾大容量負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè),磷酸亞鐵鋰的市場(chǎng)加速,相信不久磷酸亞鐵鋰的市場(chǎng)份額將越來(lái)越大,因?yàn)楦鶕?jù)前面的分析,鈷酸鋰市場(chǎng)最終會(huì)被其他三個(gè)材料,在以后的陽(yáng)極材料市場(chǎng)將會(huì)出現(xiàn),錳酸鋰和磷酸鐵鋰三元材料的三大支柱的磷酸鐵鋰市場(chǎng)將伴隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的興起。
阻礙磷酸鐵鋰發(fā)展的問(wèn)題
雖然磷酸鐵鋰有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在著不容忽視的根本性缺陷，小編就磷酸鐵鋰存在的相關(guān)問(wèn)題再重申幾點(diǎn)，以正之風(fēng)。
1. 在制備磷酸鐵鋰的燒結(jié)過(guò)程中，氧化鐵有可能在還原氣氛中高溫還原為單質(zhì)鐵。簡(jiǎn)單的鐵會(huì)造成電池的微短路，是電池中最忌諱的材料。
