磷酸鐵鋰動力電池的優缺點
磷酸鐵(tie)鋰電池優點(dian)(dian):相比目前市面上較為常見的鉆酸鋰和(he)錳酸鋰電池來說,磷酸鐵(tie)鋰電池至少具有(you)以下五大優點(dian)(dian):更(geng)高(gao)的安全性、更(geng)長的使用壽命、不含(han)稀有(you)金(jin)(jin)屬和(he)強污染的重(zhong)金(jin)(jin)屬、支持快速(su)充電、工作(zuo)溫度范(fan)圍廣。
1、超長(chang)壽命(ming),長(chang)壽命(ming)鉛(qian)酸(suan)(suan)電池(chi)的循環壽命(ming)在(zai)300次左右,最高也就(jiu)500次,國產有的磷酸(suan)(suan)鐵鋰動力電池(chi),循環壽命(ming)達到2000次以上(shang),標準充電(s小時(shi)率)使用,可達到2000次。同質量(liang)的鉛(qian)酸(suan)(suan)電池(chi)是新(xin)半(ban)年(nian)、舊半(ban)年(nian)、維(wei)護維(wei)護又半(ban)年(nian),最多也就(jiu)1-15年(nian)時(shi)間,而磷酸(suan)(suan)鐵鋰電池(chi)在(zai)同樣條件下使用,將達到,一8年(nian)。綜合考慮,性(xing)能(neng)價(jia)格比將為鉛(qian)酸(suan)(suan)電池(chi)的:倍以上(shang)。
2、使(shi)用安全(quan),磷酸鐵鋰(li)完全(quan)解(jie)決(jue)了鉆酸鋰(li)和錳(meng)酸鋰(li)的(de)安全(quan)隱(yin)患問題,鉆酸鋰(li)和錳(meng)酸鋰(li)在強酬(chou)購(gou)噻撐金(jin)高集馨雄到(dao)消常(chang)煮鮑生愈(yu)客鑫(xin)構成威脅,而磷酸鐵鋰(li)以經過(guo)嚴格的(de)安全(quan)測(ce),即使(shi)電(dian)池(chi)(chi)內部或外部受到(dao)傷害,電(dian)池(chi)(chi)不燃燒、不爆炸。
3、可大電(dian)(dian)(dian)流ac快速充放(fang)電(dian)(dian)(dian),在專用充電(dian)(dian)(dian)器下,15c充電(dian)(dian)(dian)10分(fen)鐘內即可使電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)充滿,起(qi)動電(dian)(dian)(dian)流可達5c,而鉛酸電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)現在無此性(xing)能。
4、耐高溫,磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鉆酸鋰只在200℃左右;工作溫度范圍寬廣(-20℃——+75℃),高溫時性能良好:
外部(bu)溫(wen)度65℃時內部(bu)溫(wen)度則高達95℃,電(dian)池放電(dian)結束時溫(wen)度可達160℃,電(dian)池內部(bu)結構(gou)安(an)全、完好。
5、LiFePO,電(dian)(dian)池的標稱電(dian)(dian)壓(ya)是3.2V穩定的放電(dian)(dian)平臺)、終止(zhi)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)是3.6V、終止(zhi)放電(dian)(dian)壓(ya)是2.0V;
6、比(bi)容量大(da),高(gao)效(xiao)率輸出:標準放(fang)(fang)(fang)電為2~5C、連續高(gao)電流放(fang)(fang)(fang)電可達(da)10C,瞬(shun)間脈(mo)沖放(fang)(fang)(fang)電(10S)可達(da)20C。
7、過放(fang)電到零伏(fu)也無損壞,零電壓存(cun)放(fang)7天(tian)后(hou)電池(chi)無泄漏,性(xing)(xing)能良好,容量(liang)(liang)為(wei)100%;存(cun)放(fang)30天(tian)后(hou),無泄漏、性(xing)(xing)能良好,容量(liang)(liang)為(wei)98%;存(cun)放(fang)30天(tian)后(hou)的電池(chi)再(zai)做3次充放(fang)電循(xun)環,容量(liang)(liang)又恢復到100%。
8、可快(kuai)速充(chong)電(dian)(dian),自放(fang)電(dian)(dian)少(shao),無記(ji)憶效應(ying):可大電(dian)(dian)流(liu)2C快(kuai)速充(chong)放(fang)電(dian)(dian),在專用充(chong)電(dian)(dian)器下,1.5C充(chong)電(dian)(dian)40分鐘內(nei)即可使電(dian)(dian)池充(chong)滿,起動電(dian)(dian)流(liu)可達2C;
9、無記憶效應。
10、綠色環保。
國內目前普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料,分析其原因,主要有下列兩點:首先是受到美國研發方向的影響,美國最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國內一直沒有制備出可供動力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環與儲存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰電池也存在不容忽視(shi)的根本性缺陷。

1、在(zai)磷酸(suan)鐵鋰制備時的燒結過程中,氧化鐵在(zai)高溫還原(yuan)性(xing)氣氛下存在(zai)被還原(yuan)成單質鐵的可能性(xing)。單質鐵會引(yin)起(qi)電(dian)池(chi)的微短(duan)路,是電(dian)池(chi)中最忌諱的物質。這也是日(ri)本一(yi)直不(bu)將該材料作為動力型鋰離子電(dian)池(chi)正極材料的主要原(yuan)因。
2、磷酸鐵鋰(li)存在(zai)(zai)一些性能(neng)(neng)(neng)上的缺陷,如振實密度與壓(ya)(ya)實密度很低(di)(di)(di),導致鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)密度較(jiao)低(di)(di)(di)。低(di)(di)(di)溫性能(neng)(neng)(neng)較(jiao)差,即(ji)使將其納米化和碳包覆也(ye)沒有(you)解(jie)決(jue)這一問題。美(mei)國阿貢國家實驗室(shi)儲能(neng)(neng)(neng)系(xi)統中心主任(ren)Don Hillebrand博士談到磷酸鋰(li)鐵電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)低(di)(di)(di)溫性能(neng)(neng)(neng)的時候,他用terrible來(lai)形容(rong)(rong),他們(men)對磷酸鐵鋰(li)型鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)測(ce)試結(jie)果表明(ming)表明(ming)磷酸鐵鋰(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)在(zai)(zai)低(di)(di)(di)溫下(xia)(xia)(0℃以(yi)下(xia)(xia))無法使電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)汽車(che)行駛。盡(jin)管(guan)也(ye)有(you)廠家宣稱磷酸鋰(li)鐵電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)在(zai)(zai)低(di)(di)(di)溫下(xia)(xia)容(rong)(rong)量(liang)(liang)保持率還不錯,但是那是在(zai)(zai)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流較(jiao)小和放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)截止電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)很低(di)(di)(di)的情況下(xia)(xia)。在(zai)(zai)這種狀(zhuang)況下(xia)(xia),設備根(gen)本就無法啟動(dong)工作(zuo)。
3、振實密度較低。一般只能達到0.8-1.3,低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰的最大缺點。但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。
4.磷(lin)酸鐵(tie)鋰(li)電池低(di)溫(wen)性能(neng)差。在0℃時(shi)的容量保持率約60~70%,-10℃時(shi)為40~55%,-20℃時(shi)為20~40%。這樣的低(di)溫(wen)性能(neng)顯然不能(neng)滿足(zu)動力電源的使(shi)用要求(qiu)。當前一些(xie)廠家通過(guo)改(gai)(gai)進(jin)電解液體系、改(gai)(gai)進(jin)正極配方、改(gai)(gai)進(jin)材料性能(neng)和改(gai)(gai)善電芯結構設計(ji)等使(shi)磷(lin)酸鐵(tie)鋰(li)的低(di)溫(wen)性能(neng)有所提升。
4、材(cai)料的(de)(de)(de)(de)制(zhi)備成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本與(yu)電(dian)池的(de)(de)(de)(de)制(zhi)造成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本較(jiao)高,電(dian)池成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)品率(lv)低(di),一致性差。磷(lin)酸(suan)(suan)鐵鋰(li)(li)的(de)(de)(de)(de)納米(mi)化(hua)(hua)和碳(tan)包(bao)覆盡(jin)管提(ti)高了(le)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)電(dian)化(hua)(hua)學性能,但(dan)(dan)是也帶來(lai)了(le)其它問題,如能量密度的(de)(de)(de)(de)降低(di)、合成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本的(de)(de)(de)(de)提(ti)高、電(dian)極(ji)加工性能不(bu)良以及對(dui)環境要求苛刻等問題。盡(jin)管磷(lin)酸(suan)(suan)鐵鋰(li)(li)中的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)學元素Li,Fe與(yu)P很豐富,成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本也較(jiao)低(di),但(dan)(dan)是制(zhi)備出(chu)的(de)(de)(de)(de)磷(lin)酸(suan)(suan)鐵鋰(li)(li)產品成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本并不(bu)低(di),即使去掉前期的(de)(de)(de)(de)研發成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本,該(gai)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)工藝成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本加上較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)制(zhi)備電(dian)池的(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本,會(hui)使得(de)最(zui)終(zhong)單位儲能電(dian)量的(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本較(jiao)高。
5、產品(pin)一(yi)(yi)致(zhi)性(xing)差。目前國內還沒有(you)一(yi)(yi)家磷(lin)酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)鋰(li)材料廠能(neng)夠解決(jue)這一(yi)(yi)問題。從材料制備角度來說,磷(lin)酸(suan)鐵(tie)(tie)(tie)鋰(li)的(de)合成(cheng)反(fan)應(ying)是(shi)一(yi)(yi)個(ge)復(fu)雜的(de)多相反(fan)應(ying),有(you)固相磷(lin)酸(suan)鹽、鐵(tie)(tie)(tie)的(de)氧(yang)化物以及(ji)鋰(li)鹽,外加碳的(de)前驅體以及(ji)還原性(xing)氣相。在這一(yi)(yi)復(fu)雜的(de)反(fan)應(ying)過程中(zhong),很難保證(zheng)反(fan)應(ying)的(de)一(yi)(yi)致(zhi)性(xing)。
6、知識產權問題。最早的(de)有關磷酸(suan)鐵(tie)鋰專利(li)申(shen)請(qing)在1993年6月(yue)25日由F XMITTERMAIER&SOEHNE OHG(DE)獲得(de),并于同年8月(yue)19日公布(bu)申(shen)請(qing)結(jie)果(guo)。磷酸(suan)鐵(tie)鋰的(de)基礎(chu)專利(li)被美(mei)國(guo)德州大學(xue)所有,而碳包覆專利(li)被加拿大人所申(shen)請(qing)。這兩個(ge)基礎(chu)性專利(li)是無法繞過去的(de),如果(guo)成本中計算上(shang)專利(li)使用(yong)費(fei)的(de)話(hua),那(nei)產品(pin)成本將會進(jin)一步提(ti)高。
此(ci)外,從研發和生(sheng)產(chan)鋰離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)經(jing)驗來看,日(ri)本(ben)是(shi)(shi)(shi)鋰離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)最早(zao)商業(ye)化的(de)(de)(de)國家,并且(qie)一(yi)直占(zhan)據(ju)著(zhu)高端鋰離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)市(shi)場。而(er)美國盡管在一(yi)些基礎研究(jiu)上(shang)領先,但是(shi)(shi)(shi)到目前(qian)為止還沒有(you)一(yi)家大(da)型(xing)(xing)鋰離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)生(sheng)產(chan)企業(ye)。因此(ci),日(ri)本(ben)選擇改性(xing)錳酸鋰作為動力(li)型(xing)(xing)鋰離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)正極材(cai)料(liao)更有(you)其(qi)道理。即使是(shi)(shi)(shi)在美國,利用(yong)磷酸鐵鋰和錳酸鋰作為動力(li)型(xing)(xing)鋰離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)正極材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)廠家也是(shi)(shi)(shi)各占(zhan)一(yi)半。鑒于磷酸鐵鋰存(cun)(cun)在的(de)(de)(de)上(shang)述問題,很難(nan)作為動力(li)型(xing)(xing)鋰離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)正極材(cai)料(liao)在新能(neng)源汽車等(deng)領域獲得廣(guang)泛應用(yong)。如果能(neng)夠解(jie)決錳酸鋰存(cun)(cun)在的(de)(de)(de)高溫循環與儲存(cun)(cun)性(xing)能(neng)差的(de)(de)(de)難(nan)題,憑借(jie)其(qi)低成本(ben)與高倍率性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)優(you)勢,在動力(li)型(xing)(xing)鋰離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)中的(de)(de)(de)應用(yong)將有(you)巨(ju)大(da)的(de)(de)(de)潛力(li)。
