磷酸鐵鋰電池的發(fā)展背景

1、磷酸鐵鋰電池發(fā)展背景1. 1鋰離子電池概述隨著人們對(duì)二次電池的比容量、比功率、小型化和輕型化以及環(huán)保要求方面 的提高，鋰離子電池作為新型綠色能源，以其工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽 命長、自放電低、無記憶效應(yīng)、無污染、安全性能好等獨(dú)特的優(yōu)勢（見表1）， 現(xiàn)已廣泛用作移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等的電源，并在國防軍 工、航天航海、人造衛(wèi)星、小型醫(yī)療儀及軍用通訊設(shè)備中逐步替代傳統(tǒng)的電池。 短短十年的迅速發(fā)展，鋰離子電池在小型可充電電池的市場中的占有率已經(jīng)超過 并部分取代了傳統(tǒng)的鉛酸電池和竦鎘、竦氫電池，逐漸成為小型二次電池的主流。表1磷酸鐵鋰電池與其它二次電池性能比較技術(shù)參數(shù)鎳鎘電池鎳氫

2、電池鉛酸電池磷酸鐵鋰電池工作電壓（V）1.21.22.13.2質(zhì)量比能量（Wh/kg）30 5050 8040120體積比能量（Wh/L環(huán)壽命（次）5005004002000單位價(jià)格（RMB/Wh）361.0-1.53-5單位價(jià)格/壽命（1000）6122.5-3.751.5-2.5環(huán)保有毒略有污染有毒無毒安全性優(yōu)秀好良好優(yōu)秀1. 2 LiFePO4正極材料及鐵鋰電池介紹1.2.1 LiFePO4正極材料及鐵鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域鋰離子電池內(nèi)部主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)及隔膜組成。正、負(fù)極及電解質(zhì) 材料不同及工藝上的差異使電池有不同的性能，并且有不同的名稱。目前市場上 的鋰離子

3、電池正極材料主要是鉆酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4），另外還有少 數(shù)采用竦酸鋰（LiNiO2）以及二元/三元聚合物作正極材料的鋰離子電池。近年來 新開發(fā)的磷酸亞鐵鋰電池是用磷酸亞鐵鋰（LiFePO4,簡稱LFP）材料作電池正極的鋰離子電池，它是鋰離子電池家族的新成員。圖2：磷酸鐵鋰電池工作原理圖2：磷酸鐵鋰電池工作原理磷酸鐵鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電 池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開， 但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳（石墨）組成的電池負(fù)極， 由銅箔與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間

4、是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼、 鋁塑復(fù)合膜或塑料殼密閉封裝。由于磷酸鐵鋰先天性的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定特性（橄欖石結(jié)構(gòu)），特別是在安全性和循環(huán) 性能方面具有無可比擬的優(yōu)勢，所以采用磷酸亞鐵鋰正極材料的電池可廣泛應(yīng)用 于多個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)技術(shù)成熟度和市場普及度，磷酸亞鐵鋰電池應(yīng)用可分為三個(gè)階 段：第一階段：低端應(yīng)用（表現(xiàn)在儲(chǔ)能領(lǐng)域，目前應(yīng)用較為廣泛）:替代照相機(jī)、筆記本竦鎘/竦氫等可充電電池;2.小型醫(yī)療儀器設(shè)備、便攜式、無線麥克風(fēng)等;2.小型醫(yī)療儀器設(shè)備、便攜式、無線麥克風(fēng)等;3、太陽能及風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備;4.不間斷電源3、太陽能及風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備;4.不間斷電源（UPS）及應(yīng)急燈、警示燈及礦燈（安全性最

5、好）;第二階段：中端應(yīng)用（表現(xiàn)在普通動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域，目前市場正在興起）:電動(dòng)工具：電鉆、電鋸、割草機(jī)等；2.遙控汽車、船、飛機(jī)等玩具;2.遙控汽車、船、飛機(jī)等玩具;3.輕型電動(dòng)車：電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、 鏟車、清潔車、電動(dòng)輪椅、Segway代步車等；動(dòng)）:動(dòng)）:第三階段：高端應(yīng)用（表現(xiàn)在高功率動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域，目前市場主要靠政府推1.大型電動(dòng)車輛：火車、公交車、叉車、景點(diǎn)游覽車、混合動(dòng)力車和純電動(dòng)車等。2、軍事、航天領(lǐng)域：輪船、潛艇、裝甲車、火箭、太空車等。1.2.2磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢1、使用安全，磷酸根化學(xué)鍵的結(jié)合力比傳統(tǒng)的過渡金屬氧化物結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵 強(qiáng)，所以結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)

6、定，并且不易釋放氧氣，磷酸鐵鋰完全解決了鉆酸鋰和錳酸 鋰的安全隱患問題，磷酸鐵鋰電池是目前全球唯一絕對(duì)安全的鋰離子電池，在高 溫下的穩(wěn)定性可達(dá)400-500C （且在濫用情況下釋放的熱量最少），保證了電池內(nèi) 在的高安全性；不會(huì)因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒。2、該電池壽命超長，循環(huán)使用次數(shù)高，在室溫下1C充放電循環(huán)2000次， 容量保持率80%以上；是鉛酸電池5倍，竦氫電池的4倍，是鉆酸鋰電池4倍， 是錳酸鋰電池4-5倍左右。3、該電池不含任何重金屬與稀有金屬（竦氫電池需稀有金屬），無毒，無污 染，為絕對(duì)的綠色環(huán)保電池。鉛酸電池中卻存在著大量的鉛，在其廢棄后若處 理不當(dāng)，仍將對(duì)環(huán)

7、境夠成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無論在生產(chǎn)及使用中，均無 污染，因此該電池又列入了 “十五”期間的“863”國家高科技發(fā)展計(jì)劃，成為 國家重點(diǎn)支持和鼓勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)目。其他優(yōu)勢該電池重量很輕，是鉛酸電池的1/3，竦氫電池的63%；該電池體積小，商品設(shè)計(jì)可輕量化。鉛酸電池的2/3,也較竦氫電池體積 ??；該電池單體電壓高，為3.2V，串聯(lián)少，電池組可靠性高；平臺(tái)性能：1C 充放電，3.33.0V平臺(tái)容量達(dá)到93%以上；放電平臺(tái)穩(wěn)定，可作大電流高功率充放電高倍率放電特性：10C充放電效 率達(dá)到96%以上，容量保持率90%以上，可實(shí)現(xiàn)10C放電；該電池自放電?。粺o記憶效應(yīng)?？沙潆姵卦诮?jīng)常處于充滿不放完的條件

8、下 工作，容量會(huì)迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像竦氫、竦鎘電池 存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用， 無須先放完再充電；該電池快速充電特性優(yōu)，2C快充，半小時(shí)充足95%；工作溫度范圍寬廣（-20C-+75C），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá) 350C-500C，而錳酸鋰和鉆酸鋰只在200C左右。表2：各種鋰離子電池性能比較鉆酸鋰 liCo02鎳鉆錳LiNiCoMn02錳酸鋰LiMn204磷酸鐵鋰LiFeP04振實(shí)密度(g/cm3)2.8 3.02.0 2.32.2 2.40.8 1.4比表面積(m2/g)0.4 0.60.2 0.40.4 0.812 20克容量(mAh/g)135140155165100115130140電壓