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**性與循環(huán)壽命優(yōu)勢、材料成本的誘惑，正在逐步進(jìn)入鋰離子動(dòng)力電池市場。
二、   磷酸鐵鋰正極材料
1997年A.K.Padhi**報(bào)導(dǎo)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(xué)性能，充放電平臺(tái)十分平穩(wěn)，充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。同時(shí)，該材料無毒、無污染、**性能好、可在高溫環(huán)境下使用、原材料來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是目前電池界競相開發(fā)研究的熱點(diǎn)。
該材料具有發(fā)上圖所示的晶體結(jié)構(gòu)。
工作電壓范圍：2.5～3.6V，平臺(tái)約3.3V，比鈷酸鋰電池3.7V低一些。
由于該材料導(dǎo)電性差，需往磷酸鐵鋰顆粒內(nèi)部摻入導(dǎo)電碳材料或?qū)щ娊饘傥⒘?，或者往磷酸鐵鋰顆粒表面包覆導(dǎo)電碳材料，提高材料的電子電導(dǎo)率；或摻雜金屬離子來提高導(dǎo)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(lǐng)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(diǎn)
 磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)
1、**。磷酸鐵鋰的**性能是目前所有的材料中*好的。當(dāng)然它和其它磷酸鹽的**性能也基本一樣，用磷酸鐵鋰做電池，**不用擔(dān)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(chǔ)存性能好等。這點(diǎn)是*大的優(yōu)點(diǎn)，在所有知道的材料中，也是*好的。
3、環(huán)保。整個(gè)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(zhì)。
4、價(jià)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。
磷酸鐵鋰電池的缺點(diǎn)
1、導(dǎo)電性差。這個(gè)問題是其*關(guān)鍵的問題。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)主要的問題。但是，這個(gè)問題目前已經(jīng)可以得到**的解決：就是添加C或其它導(dǎo)電劑。實(shí)驗(yàn)室報(bào)道可以達(dá)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(dǎo)電劑，不需要制作電池時(shí)添加。實(shí)際上材料應(yīng)該為：LiFePO4/C，這樣一個(gè)復(fù)合材料。
2、振實(shí)密度較低。一般只能達(dá)到1.3-1.5，低的振實(shí)密度可以說是磷酸鐵鋰的*大缺點(diǎn)。這一缺點(diǎn)決定了它在小型電池如手機(jī)電池等沒有優(yōu)勢。即使它的成本低，**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(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制作動(dòng)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?yàn)檫€是*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(dòng)力電池領(lǐng)域，由于鈷酸鋰的**問題和高昂的價(jià)格，使其一直在動(dòng)力電池門外徘徊，始終沒有完全進(jìn)入動(dòng)力電池領(lǐng)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(jìn)行商業(yè)化運(yùn)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(yùn)作還有一些難以克服的困難。在動(dòng)力電池領(lǐng)域磷酸基正極材料依其超長的循環(huán)壽命，極好的**性能，較好的高溫性能，極其低廉的價(jià)格，而且低溫性能和倍率放電已經(jīng)可以達(dá)到鈷酸鋰的水平等，使其成為*有希望的動(dòng)力電池材料，其在未來的5年內(nèi)可能會(huì)成鎳鎘電池的主要替代品，在未來的10年內(nèi)會(huì)成為鉛酸電池的有力競爭者，在未來的20年內(nèi)可能會(huì)取代鉛酸電池，成為主要的啟動(dòng)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*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(duì)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(lǐng)域使用較有優(yōu)勢，如動(dòng)力電池。
磷酸鐵鋰振實(shí)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(hào)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(tái)為3.3V左右，沒有批量配套的保護(hù)線路和充電器，較難在現(xiàn)有的電子設(shè)備上發(fā)揮出其特性，需要一個(gè)整體的行業(yè)整合
五.磷酸鐵鋰電池可應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域:  
大型電動(dòng)車輛 (電動(dòng)BUS、電動(dòng)汽車、油電混合車)；  
輕型電動(dòng)車輛 (電動(dòng)機(jī)車、電動(dòng)自行車、休閑車、高爾夫球車、電動(dòng)推高機(jī)、清潔車等)；  
醫(yī)療設(shè)備、特殊儀器 (電動(dòng)病床、電動(dòng)輪椅、電動(dòng)代步車、制氧呼吸器)；  
太陽能、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備；  
通訊電臺(tái)備電儲(chǔ)能設(shè)備；  
不斷電系統(tǒng)UPS；  
電動(dòng)手工具機(jī)、園藝電動(dòng)工具、農(nóng)業(yè)工具機(jī)、特殊用途機(jī)具；  
遙控電動(dòng)飛機(jī)、車、船；  
機(jī)器人的電力系統(tǒng)；  
礦工用燈具照明設(shè)備；  
**設(shè)備: UPS、通訊設(shè)備、遙測系統(tǒng)、無人偵察機(jī)；  
遠(yuǎn)端離線的儲(chǔ)能設(shè)備；  
輕量化、提升繼航力及延長循環(huán)使用壽命的應(yīng)用；  
*佳環(huán)保、節(jié)能及**的替代性電池 (取代鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰鈷、鋰錳類電池)；  
航運(yùn)設(shè)備、設(shè)施的應(yīng)用等。

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本文由日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-04-27 09:10:41 整理發(fā)布。
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