磷酸鐵鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)

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

　　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有很多種，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，而其它正極材料由于多種原因，目前在市場(chǎng)上還沒有大量生產(chǎn)。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過(guò)程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。

　　磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，一個(gè)主要用途是用作動(dòng)力電池，相對(duì)NI-MH、Ni-Cd電池有很大優(yōu)勢(shì)。

　　磷酸鐵鋰電池充放電效率相對(duì)高一些，在 85% - 90%之間。而鉛酸電池約為80%。

　　優(yōu)勢(shì)

　　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(guò)充時(shí)也不會(huì)像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。有報(bào)告指出，實(shí)際操作中針刺或短路實(shí)驗(yàn)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(guò)充實(shí)驗(yàn)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(guò)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(zhǎng)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(dòng)力電池，循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電（5小時(shí)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(shí)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(jià)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(dòng)電流可達(dá)2C，而鉛酸電池?zé)o此性能。

　　3、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。

　　4、大容量

　　∩充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會(huì)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?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無(wú)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

　　磷酸鐵鋰電池一般被認(rèn)為是不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無(wú)毒（SGS認(rèn)證通過(guò)），無(wú)污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對(duì)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)?？剂浚虼嗽撾姵赜至腥肓恕笆濉逼陂g的“863”國(guó)家高科技發(fā)展計(jì)劃，成為國(guó)家重點(diǎn)支持和鼓勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)目。隨著中國(guó)加入WTO，中國(guó)電動(dòng)自行車的出口量將迅速增大，而進(jìn)入歐美的電動(dòng)自行車已要求配備無(wú)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(guò)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(cuò)，但它也不能避免重金屬污染的問(wèn)題。金屬材料加工中有鉛、砷、鎘、汞、鉻等都有可能會(huì)釋放到灰塵和水中。電池本身就是一種化學(xué)物質(zhì)，所以有可能會(huì)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(bào)廢以后的電池污染。

　　磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn)：例如低溫性能差，正極材料振實(shí)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(shì)。而用于動(dòng)力電池時(shí)，磷酸鐵鋰電池和其他電池一樣，需要面對(duì)電池一致性問(wèn)題。

　　磷酸鐵鋰電池的缺點(diǎn)及改進(jìn)措施

　　磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn)例如磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度較小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(shì)。

　　鋰離子動(dòng)力的電池的性能主要取決于正負(fù)極材料磷酸鐵鋰作為鋰動(dòng)力電池材料是近幾 年才出現(xiàn)的事國(guó)內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是 其它材料所無(wú)法相比的這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000 次。單節(jié)電池過(guò)充電壓30V不燃燒穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電 池更易串聯(lián)使用。以滿足電動(dòng)車頻繁充放電的需要。具有無(wú)毒、無(wú)污染、安全性能好、原材 料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)是新一代鋰離子電池的理想正極材料。本項(xiàng)目屬于 高新技術(shù)項(xiàng)目中功能性能源材料的開發(fā)是國(guó)家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃和“十一五”高 技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)支持的領(lǐng)域。 導(dǎo)電性差、鋰離子擴(kuò)散速度慢。高倍率充放電時(shí)實(shí)際比容量低這個(gè)問(wèn)題是制約磷酸 鐵鋰產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大范圍的應(yīng)用這是一個(gè)主要的問(wèn) 題。但是導(dǎo)電性差目前已經(jīng)得到比較完美的解決就是添加C或其它導(dǎo)電劑。目前在實(shí) 際生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)在前驅(qū)體添加有機(jī)碳源和高價(jià)金屬離子聯(lián)合摻雜的辦法來(lái)改善材料的導(dǎo) 電性A123、煙臺(tái)卓能正采用這種方法研究表明磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率提高了7個(gè)數(shù)量級(jí)

　　使磷酸鐵鋰具備了和鈷酸鋰相近的電導(dǎo)特性。實(shí)驗(yàn)室報(bào)道當(dāng)0.1C充放電時(shí)可以達(dá)到

　　165mAh/g以上的比容量實(shí)際達(dá)到135-145mAh/g基本接近鈷酸鋰的水平但是鋰離子擴(kuò)

　　散速度慢的問(wèn)題到目前仍然沒有得到較好的解決目前采取的解決方案主要有納米化

　　LiFePO4晶粒從而減少鋰離子在晶粒中的擴(kuò)散距離再者就是摻雜改善鋰離子的擴(kuò)散通道后一種方法看起來(lái)效果并不明顯。納米化已經(jīng)有較多的研究但是難以應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生 產(chǎn)中目前只有A123宣稱掌握了LiFePO4的納米化產(chǎn)業(yè)技術(shù)。

　　振實(shí)密度較低

　　一般只能達(dá)到0.8-1.3低的振實(shí)密度可以說(shuō)是磷酸鐵鋰的很大缺點(diǎn)。 所有磷酸鐵鋰正極材料決定了它在小型電池如手機(jī)電池等沒有優(yōu)勢(shì)所以其使用范圍受到一

　　定程度的限制

　　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。但這一缺點(diǎn)在動(dòng)力電池方面不會(huì)突出。因此磷酸鐵鋰主要是用 來(lái)制作動(dòng)力電池。

　　磷酸鐵鋰電池低溫性能差

　　盡管人們通過(guò)各種方法例如鋰位、鐵位、甚至磷酸位的摻雜改善離子和電子導(dǎo)電性能通過(guò)改善一次或二次顆粒的粒徑及形貌控制有效反應(yīng)面積、通 過(guò)加入額外的導(dǎo)電劑增加電子導(dǎo)電性等改善磷酸鐵鋰的低溫性能但是磷酸鐵鋰材料的固有特點(diǎn)決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。

　　一般情況下對(duì)于單只電芯注意是 單只而非電池組對(duì)于電池組而言實(shí)測(cè)的低溫性能可能會(huì)略高這與散熱條件有關(guān)而言其0℃時(shí)的容量保持率約6070-10℃時(shí)為4055-20℃時(shí)為2040。

　　這樣的低溫性能顯然不能滿足動(dòng)力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過(guò)改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方，改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升但還未真正滿足需求。

　　電池存在一致性問(wèn)題

　　單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過(guò)2000次但電池組的壽命會(huì)大 打折扣有可能是500次。因?yàn)殡姵亟M是由大量單體電池串并而成其工作狀態(tài)好比一群人用繩子綁在一起跑步，即使每個(gè)人都是短跑健將，如果大家的動(dòng)作一致性不高隊(duì)伍就跑不快整體速度甚至比跑得最慢的單個(gè)選手的速度還要慢。

　　電池組同理只有在電池性能高度一致時(shí)壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。

　　而在現(xiàn)有的條件下由于種種原因，制作出來(lái)的電池一致性不佳進(jìn)而影響到電池的使用性能和整體壽命，因此應(yīng)用在動(dòng)力汽車上存在一定障礙。

　　此外，從研發(fā)和生產(chǎn)鋰離子電池的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，日本是鋰離子電池最早商業(yè)化的國(guó)家，并且一直占據(jù)著高端鋰離子電池市場(chǎng)。而美國(guó)盡管在一些基礎(chǔ)研究上領(lǐng)先，但是到目前為止還沒有一家大型鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)。因此，日本選擇改性錳酸鋰作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料更有其道理。即使是在美國(guó)，利用磷酸鐵鋰和錳酸鋰作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料的廠家也是各占一半，聯(lián)邦政府也是同時(shí)支持這兩種體系的研發(fā)。鑒于磷酸鐵鋰存在的上述問(wèn)題，很難作為動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料在新能源汽車等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。如果能夠解決錳酸鋰存在的高溫循環(huán)與儲(chǔ)存性能差的難題，憑借其低成本與高倍率性能的優(yōu)勢(shì)，在動(dòng)力型鋰離子電池中的應(yīng)用將有巨大的潛力。