資料介紹
一、 磷酸鐵鋰電池定義
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/脫嵌過程,這一原
理與鈷酸鋰,錳酸鋰完全相同。
磷酸鐵鋰由于具有安全性與循環(huán)壽命優(yōu)勢、材料成本的誘惑,正在逐步進入
鋰離子動力電池市場。
二、 磷酸鐵鋰正極材料
1997 年A.K.Padhi 首次報導磷酸鐵鋰(LiFePO4)具有脫嵌鋰功能。該材料
具有橄欖石型磷酸鹽類嵌鋰材料,LiMPO4(M:Mn,F(xiàn)e,Co,Ni), 成為很有潛
力的鋰離子電池正極材料。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池用正極材料具有良好的電化
學性能,充放電平臺十分平穩(wěn),充放電過程中結構穩(wěn)定。同時,該材料無毒、無
污染、安全性能好、可在高溫環(huán)境下使用、原材料來源廣泛等優(yōu)點,是目前電池
界競相開發(fā)研究的熱點。
該材料具有發(fā)上圖所示的晶體結構。
工作電壓范圍:2.5~3.6V,平臺約3.3V,比鈷酸鋰電池3.7V 低一些。
由于該材料導電性差,需往磷酸鐵鋰顆粒內(nèi)部摻入導電碳材料或導電金屬微
粒,或者往磷酸鐵鋰顆粒表面包覆導電碳材料,提高材料的電子電導率;或摻雜
金屬離子來提高導電性。這樣材料的密度低,做成電池的體積比容量低,只有
180Wh/L(鈷酸鋰可做到400Wh/L 以上),在小電池領域,同樣尺寸電池只有
現(xiàn)有電池容量的一半不到。
三、 磷酸鐵鋰電池及其優(yōu)缺點
磷酸鐵鋰的優(yōu)點:
1、安全。磷酸鐵鋰的安全性能是目前所有的材料中最好的。當然它和其它
磷酸鹽的安全性能也基本一樣,用磷酸鐵鋰做電池,絕對不用擔心爆炸問題的存
在。
2、穩(wěn)定性高。包括高溫充電的容量穩(wěn)定性好,儲存性能好等。這點是最大
的優(yōu)點,在所有知道的材料中,也是最好的。
3、環(huán)保。整個生產(chǎn)過程清潔無毒。所有原料都無毒。不像鈷是有毒的物質。
4、價格便宜。磷酸鹽采用磷酸源和鋰源以及鐵源為材料,這些材料都十分
便宜,無戰(zhàn)略資源及稀有資源。
磷酸鐵鋰的缺點:
1、導電性差。這個問題是其最關鍵的問題。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有
大范圍的應用,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 或其它導電劑。實驗室報道可以達到160mAh/g 以上的比容量。
我們公司生產(chǎn)的磷酸鐵鋰材料在生產(chǎn)過程中已經(jīng)添加了導電劑,不需要制作電池
時添加。實際上材料應該為:LiFePO4/C,這樣一個復合材料。
2、振實密度較低。一般只能達到1.3-1.5,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。
3、目前研究開發(fā)還不深入。目前以磷酸鐵鋰作為正極材料的產(chǎn)業(yè)化情況并
不樂觀。因為還是最近兩年發(fā)展起來的,所以各方面的研究還需要繼續(xù)深入。
四、 其它
在動力電池領域,由于鈷酸鋰的安全問題和高昂的價格,使其一直在動力
電池門外徘徊,始終沒有完全進入動力電池領域?,F(xiàn)在的情況是鈷酸鋰和錳酸鋰
小批量配合使用,但是由于其固有的缺陷,使得其始終沒有大批量的進行商業(yè)化
運作,產(chǎn)品只是在小批量試生產(chǎn)階段,目前大規(guī)模的商業(yè)化運作還有一些難以克
服的困難。在動力電池領域磷酸基正極材料依其超長的循環(huán)壽命,極好的安全性
能,較好的高溫性能,極其低廉的價格,而且低溫性能和倍率放電已經(jīng)可以達到
鈷酸鋰的水平等,使其成為最有希望的動力電池材料,其在未來的5 年內(nèi)可能會
成鎳鎘電池的主要替代品,在未來的10 年內(nèi)會成為鉛酸電池的有力競爭者,在
未來的20 年內(nèi)可能會取代鉛酸電池,成為主要的啟動電源、UPS 電源和后備電
源,成為二次電池的老大。
現(xiàn)在磷酸鐵鋰最主要的問題是容量偏低, 制造成本偏高,在電池生產(chǎn)上加工
困難(制漿,拉漿,輥軋等工序都需要特殊處理,很多企業(yè)不能很好的處理)倍率放電
不穩(wěn)定(需要特定的電池工藝配合,受工藝影響很大)而現(xiàn)在電器的使用趨勢是小
巧型發(fā)展,所以對電池也有同樣的要求高體積能量密度.從容量上看磷酸鐵鋰沒有
前途,在特定的電池領域使用較有優(yōu)勢,如動力電池。
磷酸鐵鋰振實密度比較低,比表面積很大,需要改變電池先行工藝,而且電池
極片的面密度低所以同樣型號的電池容量更低。
電解液也需重新開發(fā)適用的電解液體系,用現(xiàn)有的成熟電解液難發(fā)揮其性
能。
另外,由于磷酸鐵鋰電池的工作電壓范圍在2.5~3.6V,平臺為3.3V 左右,
沒有批量配套的保護線路和充電器,較難在現(xiàn)有的電子設備上發(fā)揮出其特性,需
要一個整體的行業(yè)整合。
產(chǎn)業(yè)化方面:
國外做得較早的為是美國Valence(威能)公司和A123(高博)公司,這
兩家公司都在國內(nèi)(江蘇)有材料生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料,然后采用委
托其它電池公司代工生產(chǎn)電池出口。
國內(nèi)目前已經(jīng)有很多公司在作測試,研究,小批量試產(chǎn)材料,北大先行,
中輝振宇,山西力之源等比較活躍,湖南瑞祥與杉杉公司也在跟進。批量生產(chǎn)電
池的企業(yè)尚不多,山東海霸能源集團公司宣傳較多,有產(chǎn)品上市。
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/脫嵌過程,這一原
理與鈷酸鋰,錳酸鋰完全相同。
磷酸鐵鋰由于具有安全性與循環(huán)壽命優(yōu)勢、材料成本的誘惑,正在逐步進入
鋰離子動力電池市場。
二、 磷酸鐵鋰正極材料
1997 年A.K.Padhi 首次報導磷酸鐵鋰(LiFePO4)具有脫嵌鋰功能。該材料
具有橄欖石型磷酸鹽類嵌鋰材料,LiMPO4(M:Mn,F(xiàn)e,Co,Ni), 成為很有潛
力的鋰離子電池正極材料。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池用正極材料具有良好的電化
學性能,充放電平臺十分平穩(wěn),充放電過程中結構穩(wěn)定。同時,該材料無毒、無
污染、安全性能好、可在高溫環(huán)境下使用、原材料來源廣泛等優(yōu)點,是目前電池
界競相開發(fā)研究的熱點。
該材料具有發(fā)上圖所示的晶體結構。
工作電壓范圍:2.5~3.6V,平臺約3.3V,比鈷酸鋰電池3.7V 低一些。
由于該材料導電性差,需往磷酸鐵鋰顆粒內(nèi)部摻入導電碳材料或導電金屬微
粒,或者往磷酸鐵鋰顆粒表面包覆導電碳材料,提高材料的電子電導率;或摻雜
金屬離子來提高導電性。這樣材料的密度低,做成電池的體積比容量低,只有
180Wh/L(鈷酸鋰可做到400Wh/L 以上),在小電池領域,同樣尺寸電池只有
現(xiàn)有電池容量的一半不到。
三、 磷酸鐵鋰電池及其優(yōu)缺點
磷酸鐵鋰的優(yōu)點:
1、安全。磷酸鐵鋰的安全性能是目前所有的材料中最好的。當然它和其它
磷酸鹽的安全性能也基本一樣,用磷酸鐵鋰做電池,絕對不用擔心爆炸問題的存
在。
2、穩(wěn)定性高。包括高溫充電的容量穩(wěn)定性好,儲存性能好等。這點是最大
的優(yōu)點,在所有知道的材料中,也是最好的。
3、環(huán)保。整個生產(chǎn)過程清潔無毒。所有原料都無毒。不像鈷是有毒的物質。
4、價格便宜。磷酸鹽采用磷酸源和鋰源以及鐵源為材料,這些材料都十分
便宜,無戰(zhàn)略資源及稀有資源。
磷酸鐵鋰的缺點:
1、導電性差。這個問題是其最關鍵的問題。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有
大范圍的應用,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 或其它導電劑。實驗室報道可以達到160mAh/g 以上的比容量。
我們公司生產(chǎn)的磷酸鐵鋰材料在生產(chǎn)過程中已經(jīng)添加了導電劑,不需要制作電池
時添加。實際上材料應該為:LiFePO4/C,這樣一個復合材料。
2、振實密度較低。一般只能達到1.3-1.5,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。
3、目前研究開發(fā)還不深入。目前以磷酸鐵鋰作為正極材料的產(chǎn)業(yè)化情況并
不樂觀。因為還是最近兩年發(fā)展起來的,所以各方面的研究還需要繼續(xù)深入。
四、 其它
在動力電池領域,由于鈷酸鋰的安全問題和高昂的價格,使其一直在動力
電池門外徘徊,始終沒有完全進入動力電池領域?,F(xiàn)在的情況是鈷酸鋰和錳酸鋰
小批量配合使用,但是由于其固有的缺陷,使得其始終沒有大批量的進行商業(yè)化
運作,產(chǎn)品只是在小批量試生產(chǎn)階段,目前大規(guī)模的商業(yè)化運作還有一些難以克
服的困難。在動力電池領域磷酸基正極材料依其超長的循環(huán)壽命,極好的安全性
能,較好的高溫性能,極其低廉的價格,而且低溫性能和倍率放電已經(jīng)可以達到
鈷酸鋰的水平等,使其成為最有希望的動力電池材料,其在未來的5 年內(nèi)可能會
成鎳鎘電池的主要替代品,在未來的10 年內(nèi)會成為鉛酸電池的有力競爭者,在
未來的20 年內(nèi)可能會取代鉛酸電池,成為主要的啟動電源、UPS 電源和后備電
源,成為二次電池的老大。
現(xiàn)在磷酸鐵鋰最主要的問題是容量偏低, 制造成本偏高,在電池生產(chǎn)上加工
困難(制漿,拉漿,輥軋等工序都需要特殊處理,很多企業(yè)不能很好的處理)倍率放電
不穩(wěn)定(需要特定的電池工藝配合,受工藝影響很大)而現(xiàn)在電器的使用趨勢是小
巧型發(fā)展,所以對電池也有同樣的要求高體積能量密度.從容量上看磷酸鐵鋰沒有
前途,在特定的電池領域使用較有優(yōu)勢,如動力電池。
磷酸鐵鋰振實密度比較低,比表面積很大,需要改變電池先行工藝,而且電池
極片的面密度低所以同樣型號的電池容量更低。
電解液也需重新開發(fā)適用的電解液體系,用現(xiàn)有的成熟電解液難發(fā)揮其性
能。
另外,由于磷酸鐵鋰電池的工作電壓范圍在2.5~3.6V,平臺為3.3V 左右,
沒有批量配套的保護線路和充電器,較難在現(xiàn)有的電子設備上發(fā)揮出其特性,需
要一個整體的行業(yè)整合。
產(chǎn)業(yè)化方面:
國外做得較早的為是美國Valence(威能)公司和A123(高博)公司,這
兩家公司都在國內(nèi)(江蘇)有材料生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料,然后采用委
托其它電池公司代工生產(chǎn)電池出口。
國內(nèi)目前已經(jīng)有很多公司在作測試,研究,小批量試產(chǎn)材料,北大先行,
中輝振宇,山西力之源等比較活躍,湖南瑞祥與杉杉公司也在跟進。批量生產(chǎn)電
池的企業(yè)尚不多,山東海霸能源集團公司宣傳較多,有產(chǎn)品上市。
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