磷酸鐵鋰電池有哪兩個市場化優(yōu)勢？錳酸鋰電池的原理是什么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-15 21:49
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磷酸鐵鋰電池的獨(dú)特之處是采用了橄欖型晶體結(jié)構(gòu)，晶體就是結(jié)晶后的形狀，分為離子/分子/原子/金屬晶體，鋰離子電池的離子晶體是取其正極材料中離子化合物排列形狀之意，即，由正負(fù)離子集團(tuán)按一定比例通過離子鍵結(jié)合形成的晶體。一般而言，離子晶體脆硬，具有高熔點(diǎn)和高沸點(diǎn)特點(diǎn)，熔融或溶解時可以導(dǎo)電。所有的鋰離子電池，包括磷酸鐵鋰電池技術(shù)的基礎(chǔ)都是離子導(dǎo)電性。
鋰離子電池正極內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)大多數(shù)采取一種“尖晶石結(jié)構(gòu)”的排列方式，錳酸鋰、鈷酸鋰、三元鋰電池均是如此，這種結(jié)構(gòu)由8個小的立方單位組成尖晶石晶胞（組成晶體的單位，可以字面理解為晶體細(xì)胞），晶胞再結(jié)合成八面體的晶體結(jié)構(gòu)。而磷酸鐵鋰電池的橄欖型結(jié)構(gòu)晶體是短柱體。
尖晶石結(jié)構(gòu)的上述三種鋰電池各具特色。鈷酸鋰電池綜合性能優(yōu)良，但容量低，也存在安全性問題，市場推廣價格較貴；錳酸鋰電池因材料好取，成本低，安全性也好，但循環(huán)性能和儲存性能差；三元鋰電池意在調(diào)和二者的不足，容量增加了，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定也使安全性有所改善，但價格也還是比較貴，因?yàn)橐残枰獞?zhàn)略原料鈷。尖晶石鋰離子電池的普遍缺點(diǎn)是功率不大，不適于大型化。
磷酸鐵鋰電池技術(shù)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性則正適用于大中型市場場景。具體來說：
1.磷酸鐵鋰電池電壓適中：標(biāo)稱電壓3.2V，終止充電電壓3.6V，終止放電電壓2.0V；
2.理論容量大，能量密度為170mAh/g；
3.熱穩(wěn)定好，耐高溫；
4.儲能適度，正極材料能與大多數(shù)電解液系統(tǒng)兼容；
5.終止電壓2.0V，可放出較多容量，放電量大且平衡；
6.電壓平臺特性好，其充放電電壓平臺的平衡程度可接近穩(wěn)壓電源。
以上技術(shù)特點(diǎn)使高功率和安全性理想得以實(shí)現(xiàn)，這有力地推動了磷酸鐵鋰電池應(yīng)用大型化。
除了技術(shù)特點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池還有兩個市場化優(yōu)勢：1.原料廉價，資源豐富；2.不含貴重金屬，無毒，是環(huán)保產(chǎn)品。這使得磷酸鐵鋰電池應(yīng)用在目前的新能源汽車市場大放異彩，并成為基站的首選儲能技術(shù)。
錳酸鋰電池是一類鋰離子電池，對于鋰離子電池的分類，因其負(fù)極基本上是碳原料，故業(yè)內(nèi)主要的分類方式是由鋰離子電池正極材料而分別。所謂錳酸鋰電池就是指正極使用錳酸鋰材料的電池。那么，錳酸鋰又是什么呢？它是以EMD（一種原材料，曾用作無汞堿錳電池專用材料）和碳酸鋰（亦為原料），配合相應(yīng)的添加物，經(jīng)過混料、燒結(jié)等步驟生產(chǎn)而成。
現(xiàn)在，我們一說到錳酸鋰，便說它是尖晶石結(jié)構(gòu)，這是指它應(yīng)用在鋰電池上的晶體形狀，當(dāng)錳酸鋰不應(yīng)用于鋰電池時，還有層狀結(jié)構(gòu)。相對來說，尖晶石結(jié)構(gòu)比層狀結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定（雖然基于化學(xué)特性，似乎也能想到幾何中不同形狀的穩(wěn)定性），因此實(shí)際應(yīng)用中目前還是采用尖晶石結(jié)構(gòu)。
除了錳酸鋰，鈷酸鋰和三元鋰電池正極也都是尖晶石結(jié)構(gòu)，但錳酸鋰這種尖晶石結(jié)構(gòu)與它的這兩個同類相比性格非常鮮明，即：優(yōu)缺點(diǎn)均十分突出。其優(yōu)點(diǎn)是：耐低溫、倍率性能好、制備比較容易，缺點(diǎn)是：材料本身不穩(wěn)定，需配以其它材料混合使用、高溫性能差、循環(huán)性能差、衰減快。錳酸鋰的這些缺點(diǎn)由錳的特性而來。不過，由于錳的廣泛存在，使其具有明顯的成本優(yōu)勢。
因?yàn)殄i酸鋰材料是有如此鮮明的特點(diǎn)，所以，人們便利用其優(yōu)點(diǎn)、抑制其缺點(diǎn)，使錳酸鋰電池應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，通常稱為A類與B類兩個應(yīng)用。A類是指用于動力電池，重點(diǎn)考慮安全與循環(huán)性能，要求是可逆容量在100~115mAh/g，500次循環(huán)后可保持80%容量。B類主要用于消費(fèi)電子（手機(jī)類），其特點(diǎn)是高容量，一般要求是可逆容量在120 mAh/g，但循環(huán)性能只要求經(jīng)過300~500次保持60%的容量。
這兩類電池的不同性能是在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)的。如前所述，錳酸鋰的制備比較簡單，如果要加工成分別適用于A、B類電池的正極，其添加物與作業(yè)流程會有所不同，采用不同的合成方法。具體有：高溫固相法、熔融浸漬法、微波合成法、共沉淀法、水熱合成法等，如果詳細(xì)描述每種制備方法，那就是制造工藝的問題了，這里只需知道有多種方法就行了。
