磷酸鐵锂動力電池的优缺点
磷酸鐵锂電池优点:相比目前市面上较为常见的钻酸锂和锰酸锂电池来说,磷酸鐵锂電池至少具有以下五大优点:更高的安全性、更长的使用寿命、不含稀有金属和强污染的重金属、支持快速充电、工作温度范围广。
1、超长寿命,长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右,最高也就500次,国产有的磷酸鐵锂動力電池,循环寿命达到2000次以上,标准充电(s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1-15年时间,而磷酸鐵锂電池在同样条件下使用,将达到,一8年。综合考虑,性能价格比将为铅酸电池的:倍以上。
2、使用安全,磷酸鐵锂完全解決了鑽酸锂和錳酸锂的安全隱患問題,鑽酸锂和錳酸锂在強酬購噻撐金高集馨雄到消常煮鮑生愈客鑫構成威脅,而磷酸鐵锂以經過嚴格的安全測,即使電池內部或外部受到傷害,電池不燃燒、不爆炸。
3、可大電流ac快速充放電,在專用充電器下,15c充電10分鍾內即可使電池充滿,起動電流可達5c,而鉛酸電池現在無此性能。
4、耐高溫,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(-20℃——+75℃),高溫時性能良好:
外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃,電池放電結束時溫度可達160℃,電池內部結構安全、完好。
5、LiFePO,電池的標稱電壓是3.2V穩定的放電平台)、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V;
6、比容量大,高效率輸出:標准放電爲2~5C、連續高電流放電可達10C,瞬間脈沖放電(10S)可達20C。
7、過放電到零伏也無損壞,零電壓存放7天後電池無泄漏,性能良好,容量爲100%;存放30天後,無泄漏、性能良好,容量爲98%;存放30天後的電池再做3次充放電循環,容量又恢複到100%。
8、可快速充電,自放電少,無記憶效應:可大電流2C快速充放電,在專用充電器下,1.5C充電40分鍾內即可使電池充滿,起動電流可達2C;
9、無記憶效應。
10、綠色環保。
國內目前普遍選擇磷酸鐵锂作爲動力型锂離子電池的正极材料,分析其原因,主要有下列两点:首先是受到美国研发方向的影响,美国最早采用磷酸铁锂做锂離子電池的正极材料。其次是国内一直没有制备出可供动力型锂離子電池使用的具有良好高温循环与储存性能的锰酸锂材料。但磷酸鐵锂電池也存在不容忽視的根本性缺陷。

1、在磷酸铁锂制备时的烧结过程中,氧化铁在高温还原性气氛下存在被还原成单质铁的可能性。单质铁会引起电池的微短路,是电池中最忌讳的物质。这也是日本一直不将该材料作为动力型锂離子電池正极材料的主要原因。
2、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,导致锂離子電池的能量密度较低。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Don Hillebrand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離子電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。
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锂的最大缺點。但這一缺點在動力電池方面不會突出。因此,磷酸鐵锂主要是用來制作動力電池。
4.磷酸鐵锂電池低温性能差。在0℃时的容量保持率约60~70%,-10℃时为40~55%,-20℃时为20~40%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。当前一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能和改善电芯结构设计等使磷酸铁锂的低温性能有所提升。
4、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。
5、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。
6、知识产权问题。最早的有关磷酸铁锂专利申请在1993年6月25日由F XMITTERMAIER&SOEHNE OHG(DE)获得,并于同年8月19日公布申请结果。磷酸铁锂的基础专利被美国德州大学所有,而碳包覆专利被加拿大人所申请。这两个基础性专利是无法绕过去的,如果成本中计算上专利使用费的话,那产品成本将会进一步提高。
此外,从研发和生产锂離子電池的经验来看,日本是锂離子電池最早商业化的国家,并且一直占据着高端锂離子電池市场。而美国尽管在一些基础研究上领先,但是到目前为止还没有一家大型锂離子電池生产企业。因此,日本选择改性锰酸锂作为动力型锂離子電池正极材料更有其道理。即使是在美国,利用磷酸铁锂和锰酸锂作为动力型锂離子電池正极材料的厂家也是各占一半。鉴于磷酸铁锂存在的上述问题,很难作为动力型锂離子電池的正极材料在新能源汽车等领域获得广泛应用。如果能够解决锰酸锂存在的高温循环与储存性能差的难题,凭借其低成本与高倍率性能的优势,在动力型锂離子電池中的应用将有巨大的潜力。
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