磷酸鐵锂電池与三元电池的区别

TIME: 2019-02-15 磷酸鐵锂電池知识百科锂電池百科

磷酸鐵锂電池與三元锂電池的區別詳細內容如下：锂電池是最常用的电池类型之一，虽然时间不长，自1970年诞生以来，具有高能量密度，循环使用寿命长，很快占据了电动车电池市场的大部分。现在销售配备锂電池的电动汽车主要是磷酸鐵锂電池和三元锂電池这两种。那么磷酸鐵锂電池和三元锂電池的区别是什么呢？
動力電池是電動汽車的核心，它是純電動汽車驅動能源的唯一來源，直接關系到電動汽車的動力性能，電池壽命，直接關系到電動汽車的安全性。新能源汽車的成本，電池動力系統占用新能源汽車的成本爲30-50％。而自電動汽車誕生以來，動力電池技術就具備了電動汽車的實用過程。提高功率密度，能量密度，使用壽命和降低成本一直是電動汽車動力電池技術研發的核心。

三元锂電池

三元聚合物锂電池是指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂電池，三元复合正极材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂電池安全性高。

三元锂電池的正极材料
1999年Liu等首次報道了層狀的鎳鑽錳三元過渡金屬複合氧化物，該氧化物爲LiCoO2/LiNiO2/LiMnO，共熔體，具有LiCoO2的良好循環性能、LiNiO，的高比容量和LiMnO，的安全性.2001年T.Ohzuku等首次合成了具有優良性能的層狀NaFeO，結構的LiNiuaCou3Mn/30，，鎳鑽錳三元複合材料的研究因此受到特別關注.層狀鎳鑽錳三元複合材料一定程度綜合了LiCo02、LiNiO2、LiMnO，的優勢，彌補了不足，改善了材料性能，降低了成本.本文就近年來層狀鎳鑽錳三元複合材料的制法、性能方面的研究狀況進行綜述，並簡要概述了锂離子電池正極材料的發展趨勢.

三元锂電池正极材料的结构特点
（1）層狀或隧道結構，以利于锂離子的脫嵌，且在锂離子脫嵌時無結構上的變化，以保證電極具有良好的可逆性能；
（2）锂離子在其中的嵌入和脫出量大，電極有較高的容量，並且在锂離子脫嵌時，電極反應的自由能變化不大，以保證電池充放電電壓平穩；
（3）锂離子在其中應有較大的擴散系數，以使電池有良好的快速充放電性能。

磷酸鐵锂電池

1997年，Padhi等人最早提出了LiFePO，的制備以及性能研究。LiFePO4具備橄榄石晶體結構，理論容量爲170mAh/g，有相對于锂金屬負極的穩定放電平台，雖然大電流充放電存在一定的缺陷，但由于該材料具有理論比能量高、電壓高、環境友好、成本低廉以及良好的熱穩定性等顯著優點，是近期研究的重點替代材料之一。目前，人們主要采用高溫固相法制備LiFePO1粉體，除此之外，還有溶膠-凝膠法、水熱法等軟化學方法，這些方法都能得到顆粒細、純度高的LiFePO；材料。

磷酸鐵锂電池优势
1、重量輕
同等规格容量的磷酸鐵锂電池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。
2、高溫性能好
磷酸鐵锂電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸锂和鑽酸锂只在200℃左右。工作溫度範圍寬廣（-20C—-75C），有耐高溫特性磷酸鐵锂電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸锂和鑽酸锂只在200℃左右。
3、大容量
n充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸鐵锂電池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。
4、安全性能的改善
磷酸铁锂晶体中的P-0键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钻酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。有报告指出，实际操作中针刺或短路实验中发现有小部分样品出现燃烧现象，但未出现一例爆炸事件，而过充实验中使用大大超出自身放电电压数倍的高电压充电，发现依然有爆炸现象。虽然如此，其过充安全性较之普通液态电解液钻酸锂電池，已大有改善。
5、壽命的改善
磷酸鐵锂電池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。
长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵锂動力電池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1~1.5年时间，而磷酸鐵锂電池在同样条件下使用，理论寿命将达到7~8年。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。大电流放电可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2c，而铅酸电池无此性能。
6、環保

磷酸鐵锂電池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SCS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池证。所以锂電池之所以被业界看好，主要是环保考量，因此该电池又列入了“十五”期间的“863”
国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。随着中国加入WT0，中国电动自行车的出口量将迅速增大，而进入欧美的电动自行车已要求配备无污染电池。但有专家表示，铅酸电池造成的环境污染，主要发生在企业不规范的生产过程和回收处理环节。同理，锂電池属于新能源行业不错，但它也不能避免重金属污染的问题。金属材料加工中有铅、砷、镉、汞、铬等都有可能会释放到灰尘和水中。电池本身就是一种化学物质，所以有可能会产生两种污染：①生产工程中的工艺排泄物污染；②报废以后的电池污染。

磷酸鐵锂電池也有其缺点：例如低温性能差，正极材料振实密度小，等容量的磷酸鐵锂電池的体积要大于钻酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。而用于动力电池时，磷酸鐵锂電池和其他电池一样，需要面对电池一致性问题。
七、缺點
一種材料是否具有應用發展潛力，除了關注其優點外，更爲關鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。
國內現在普遍選擇磷酸鐵锂作爲動力型锂離子電池的正極材料，從政府、科研機構、企業甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料，將其作爲動力型锂離子電池的發展方向。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Valence與A123公司最早采用磷酸鐵锂做锂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锂離子電池使用的具有良好高溫循環與儲存性能的錳酸锂材料。但磷酸鐵锂也存在不容忽視的根本性缺陷，歸結起來主要有以下幾點：
1、知識産權問題。目前磷酸鐵锂的基礎專利被美國德州大學所有，而碳包覆專利被加拿大人所申請。這兩個基礎性專利是無法繞過去的，如果成本中計算上專利使用費的話，那産品成本將會進一步提高。
2、産品一致性差。目前國內還沒有一家磷酸鐵锂材料廠能夠解決這一問題。從材料制備角度來說，磷酸鐵锂的合成反應是一個複雜的多相反應，有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及锂鹽，外加碳的前驅體以及還原性氣相。在這一複雜的反應過程中，很難保證反應的一致性。
3、在磷酸鐵锂制備時的燒結過程中，氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質鐵的可能性。單質鐵會引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質。這也是日本一直不將該材料作爲動力型锂離子電池正極材料的主要原因。

4、磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低。低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。美国阿贡国家实验室储能系统中心主任DonHillebrand 博士谈到磷酸锂铁电池低温性能的时候，他用terrible来形容，他们对磷酸铁锂型锂离子电池测试结果表明表明磷酸鐵锂電池在低温下（0℃以下）无法使电动汽车行驶。尽管也有厂家宣称磷酸锂铁电池在低温下容量保持率还不错，但是那是在放电电流较小和放电截止电压很低的情况下。在这种状况下，设备根本就无法启动工作。
5、材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差。磷酸鐵锂的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學性能，但是也帶來了其它問題，如能量密度的降低、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對環境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵锂中的化學元素Li、Fe與P很豐富，成本也較低，但是制備出的磷酸鐵锂産品成本並不低，即使去掉前期的研發成本，該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本，會使得最終單位儲能電量的成本較高。

【外觀包裝】

方形電池，锂離子電池可分爲軟包和圓柱形電池。

【電池材料】

目前主流采用磷酸鐵锂電池，三元锂電池材料分别是指磷酸铁锂和三元材料作为锂离子电池的负极材料。三元材料是指Ni，Co，Mn或Ni，Co，Al三种金属元素作为阳极材料的核心元素。

【綜合評估】

磷酸鐵锂電池单体，能量密度为120 wh / kg，后组为80 wh / kg; 所述三元锂電池单体，一般180瓦时/千克的能量密度或110瓦时/千克的组的能量密度。从能量密度的角度来看，三元锂電池优于磷酸鐵锂電池; 在循环寿命方面，相当，单电池循环寿命都超过3000次，经过电池组，并且由于恶劣的工作条件变得复杂，电池寿命会降低到一定程度。

目前磷酸鐵锂電池的能量密度已基本达到理论的完善，而三元锂電池的能量密度还有很大的提升空间。综合能力密度，功率密度，循环寿命，低温性能等，三元锂電池综合性能优于磷酸鐵锂電池。

声明：本站部分文章及图片来源于互联网，如有侵权，请联系删除。

上一篇: 如何在沒有智能充電器的情況下爲電池充電

下一篇: 低温磷酸鐵锂電池简介