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        磷酸鐵鋰電池的優勢及缺點

          鋰離子動力電池的性能主要取決于正負極材料,磷酸鐵鋰作為鋰動力電池材料是近幾年才出現的事,國內開發出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的,這些也正是動力電池最重要的技術指標。1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒,穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜,壽命長等優點,是新一代鋰離子電池的理想正極材料。本項目屬于高新技術項目中功能性能源材料的開發,是國家“863”計劃、“973”計劃和“十一五”高技術產業發展規劃重點支持的領域。

          一、磷酸鐵鋰電池優勢

          磷酸鐵鋰電池是用來做鋰離子二次電池的,現在主要方向是動力電池,相對NI-H,Ni-Cd電池有很大優勢。

          磷酸鐵鋰動力電池七大優勢:1、超長壽命。長壽命鉛酸電池的循環壽命在300次左右,最高也就500次,而山東海霸能源集團有限公司生產的磷酸鐵鋰動力電池,循環壽命達到2000次以上,標準充電(5小時率)使用,可達到2000次。同質量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”,最多也就1—1.5年時間,而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用,將達到7-8年。綜合考慮,性能價格比將為鉛酸電池的4倍以上。2、使用安全。磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題,鈷酸鋰和錳酸鋰在強烈的碰撞下會產生爆炸,對消費者的生命安全構成威脅,而磷酸鐵鋰已經過嚴格的安全測試,即使在最惡劣的交通事故中也不會產生爆炸。3、可大電流。2C快速充放電,在專用充電器下,1.5C充電40分鐘內即可使電池充滿,起動電流可達2C,而鉛酸電池現在無此性能。4、耐高溫。磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃—500℃,而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。5、 大容量。6、無記憶效應。7、綠色環保。

          二、磷酸鐵鋰電池的缺點及改進措施

          磷酸鐵鋰電池也有其缺點:例如磷酸鐵鋰正極材料的振實密度較小,等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池,因此在微型電池方面不具有優勢。

          導電性差、鋰離子擴散速度慢。高倍率充放電時,實際比容量低,這個問題是制約磷酸鐵鋰產業發展的一個難點。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大范圍的應用,這是一個主要的問題。但是,導電性差目前已經得到比較完美的解決:就是添加C或其它導電劑。目前在實際生產過程中通過在前驅體添加有機碳源和高價金屬離子聯合摻雜的辦法來改善材料的導電性(A123、煙臺卓能正采用這種方法),研究表明,磷酸鐵鋰的電導率提高了7個數量級,使磷酸鐵鋰具備了和鈷酸鋰相近的電導特性。實驗室報道當0.1C充放電時,可以達到165mAh/g以上的比容量,實際達到135-145mAh/g,基本接近鈷酸鋰的水平;但是鋰離子擴散速度慢的問題到目前仍然沒有得到較好的解決,目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO4晶粒,從而減少鋰離子在晶粒中的擴散距離,再者就是摻雜改善鋰離子的擴散通道,后一種方法看起來效果并不明顯。納米化已經有較多的研究,但是難以應用到實際的工業生產中,目前只有A123宣稱掌握了LiFePO4的納米化產業技術。

          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鋰的很大缺點。所有磷酸鐵鋰正極材料決定了它在小型電池如手機電池等領域沒有優勢,所以其使用范圍受到一定程度的限制。即使它的成本低,安全性能好,穩定性好,循環次數高,但如果體積太大,也只能小量的取代鈷酸鋰。但這一缺點在動力電池方面不會突出。因此,磷酸鐵鋰主要是用來制作動力電池。

          磷酸鐵鋰電池低溫性能差。盡管人們通過各種方法(例如鋰位、鐵位、甚至磷酸位的摻雜改善離子和電子導電性能,通過改善一次或二次顆粒的粒徑及形貌控制有效反應面積、通過加入額外的導電劑增加電子導電性等)改善磷酸鐵鋰的低溫性能,但是磷酸鐵鋰材料的固有特點,決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下,對于單只電芯(注意是單只而非電池組,對于電池組而言,實測的低溫性能可能會略高,這與散熱條件有關)而言,其0℃時的容量保持率約60~70%,-10℃時為40~55%,-20℃時為20~40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當前一些廠家通過改進電解液體系、改進正極配方、改進材料性能和改善電芯結構設計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升,但還未真正滿足需求。

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