磷酸铁锂电池的优缺点

　　磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁（LiFe）动力电池”。

　　磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料，而其它正极材料由于多种原因，目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。

　　磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，一个主要用途是用作动力电池，相对NI-MH、Ni-Cd电池有很大优势。

　　磷酸铁锂电池充放电效率相对高一些，在 85% - 90%之间。而铅酸电池约为80%。

　　优势

　　1、安全性能的改善

　　磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴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钴酸锂电池，已大有改善。

　　2、寿命的改善

　　磷酸铁锂电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，而磷酸铁锂动力电池，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，而磷酸铁锂电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。

　　3、高温性能好

　　磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广（-20C-- 75C），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。

　　4、大容量

　　∩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，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

　　6、重量轻

　　同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。

　　7、环保

　　磷酸铁锂电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（SGS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。所以锂电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WTO，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，锂电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：一是生产工程中的工艺排泄物污染;二是报废以后的电池污染。

　　磷酸铁锂电池也有其缺点：例如低温性能差，正极材料振实密度小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。而用于动力电池时，磷酸铁锂电池和其他电池一样，需要面对电池一致性问题。

　　

　　磷酸铁锂电池的缺点及改进措施

　　磷酸铁锂电池也有其缺点例如磷酸铁锂正极材料的振实密度较小等容量的磷酸铁锂

　　电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池因此在微型电池方面不具有优势。

　　锂离子动力的电池的性能主要取决于正负极材料磷酸铁锂作为锂动力电池材料是近几 年才出现的事国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全性能与循环寿命是 其它材料所无法相比的这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000 次。单节电池过充电压30V不燃烧穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电 池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材 料来源广泛、价格便宜寿命长等优点是新一代锂离子电池的理想正极材料。本项目属于 高新技术项目中功能性能源材料的开发是国家“863”计划、“973”计划和“十一五”高 技术产业发展规划重点支持的领域。 导电性差、锂离子扩散速度慢。高倍率充放电时实际比容量低这个问题是制约磷酸 铁锂产业发展的一个难点。磷酸铁锂之所以这么晚还没有大范围的应用这是一个主要的问 题。但是导电性差目前已经得到比较完美的解决就是添加C或其它导电剂。目前在实 际生产过程中通过在前驱体添加有机碳源和高价金属离子联合掺杂的办法来改善材料的导 电性A123、烟台卓能正采用这种方法研究表明磷酸铁锂的电导率提高了7个数量级

　　使磷酸铁锂具备了和钴酸锂相近的电导特性。实验室报道当0.1C充放电时可以达到

　　165mAh/g以上的比容量实际达到135-145mAh/g基本接近钴酸锂的水平但是锂离子扩

　　散速度慢的问题到目前仍然没有得到较好的解决目前采取的解决方案主要有纳米化

　　LiFePO4晶粒从而减少锂离子在晶粒中的扩散距离再者就是掺杂改善锂离子的扩散通道后一种方法看起来效果并不明显。纳米化已经有较多的研究但是难以应用到实际的工业生 产中目前只有A123宣称掌握了LiFePO4的纳米化产业技术。

　　振实密度较低

　　一般只能达到0.8-1.3低的振实密度可以说是磷酸铁锂的很大缺点。 所有磷酸铁锂正极材料决定了它在小型电池如手机电池等没有优势所以其使用范围受到一

　　定程度的限制

　　即使它的成本低安全性能好稳定性好循环次数高但如果体积太大 也只能小量的取代钴酸锂。但这一缺点在动力电池方面不会突出。因此磷酸铁锂主要是用 来制作动力电池。

　　磷酸铁锂电池低温性能差

　　尽管人们通过各种方法例如锂位、铁位、甚至磷酸位的掺杂改善离子和电子导电性能通过改善一次或二次颗粒的粒径及形貌控制有效反应面积、通 过加入额外的导电剂增加电子导电性等改善磷酸铁锂的低温性能但是磷酸铁锂材料的固有特点决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。

　　一般情况下对于单只电芯注意是 单只而非电池组对于电池组而言实测的低温性能可能会略高这与散热条件有关而言其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但还未真正满足需求。

　　电池存在一致性问题

　　单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000次但电池组的寿命会大 打折扣有可能是500次。因为电池组是由大量单体电池串并而成其工作状态好比一群人用绳子绑在一起跑步，即使每个人都是短跑健将，如果大家的动作一致性不高队伍就跑不快整体速度甚至比跑得最慢的单个选手的速度还要慢。

　　电池组同理只有在电池性能高度一致时寿命发挥才能接近单体电池的水平。

　　而在现有的条件下由于种种原因，制作出来的电池一致性不佳进而影响到电池的使用性能和整体寿命，因此应用在动力汽车上存在一定障碍。

　　

　　此外，从研发和生产锂离子电池的经验来看，日本是锂离子电池最早商业化的国家，并且一直占据着高端锂离子电池市场。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离子电池生产企业。因此，日本选择改性锰酸锂作为动力型锂离子电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离子电池正极材料的厂家也是各占一半，联邦政府也是同时支持这两种体系的研发。鉴于磷酸铁锂存在的上述问题，很难作为动力型锂离子电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，在动力型锂离子电池中的应用将有巨大的潜力。