磷酸鐵鋰離子電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料首要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其間鈷酸鋰是現(xiàn)在絕大多數(shù)鋰離子電池運用的正極材料。

意義

金屬生意商場，鈷(Co)最貴，并且存儲量不多，鎳(Ni)、錳(Mn)較廉價，而鐵(Fe)存儲量較多。正極材料的價格也與這些金屬的價格行情一同。因而，選用LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應(yīng)是挺廉價的。它的另一個特點是對環(huán)境環(huán)保無污染。

作為充電電池的要求是：容量高、輸出電壓高、超卓的充放電循環(huán)功用、輸出電壓安穩(wěn)、能大電流充放電、電化學(xué)安穩(wěn)功用、運用中安全(不會因過充電、過放電及短路等操作不當(dāng)而引起燃燒或爆炸)、作業(yè)溫度規(guī)劃寬、無毒或少毒、對環(huán)境無污染。選用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰離子電池在這些功用要求上都不錯，特別在大放電率放電(5～10C放電)、放電電壓平穩(wěn)上、安全上(不燃燒、不爆炸)、壽數(shù)上(循環(huán)次數(shù))、對環(huán)境無污染上，它是最好的，是現(xiàn)在最好的大電流輸出動力鋰電池。

結(jié)構(gòu)與作業(yè)原理

LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極聯(lián)接，中心是聚合物的隔膜，它把正極與負極離隔，但鋰離子Li可以經(jīng)過而電子e-不能經(jīng)過，右邊是由碳(石墨)組成的電池負極，由銅箔與電池的負極聯(lián)接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。

LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li經(jīng)過聚合物隔膜向負極搬家;在放電過程中，負極中的鋰離子Li經(jīng)過隔膜向正極搬家。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回搬家而命名的。

首要功用

LiFePO4電池的標(biāo)稱電壓是3.2V、中止充電電壓是3.6V、中止放電壓是2.0V。因為各個出產(chǎn)廠家選用的正、負極材料、電解質(zhì)材料的質(zhì)量及工藝不同，其功用上會有些差異。例如同一種類型(同一種封裝的規(guī)范電池)，其電池的容量有較大不同(10%～20%)。

這兒要說明的是，不同廠出產(chǎn)的磷酸鐵鋰動力鋰電池在各項功用參數(shù)上會有一些不同;其他，有一些電池功用未列入，如電池內(nèi)阻、自放電率、充放電溫度等。

磷酸鐵鋰動力鋰電池的容量有較大不同，可以分紅三類：小型的零點幾到幾毫安時、中型的幾十毫安時、大型的幾百毫安時。不同類型電池的同類參數(shù)也有一些差異。

過放電到零電壓試驗：

選用STL18650(1100mAh)的磷酸鐵鋰動力鋰電池做過放電到零電壓試驗。試驗條件：用0.5C充電率將1100mAh的STL18650電池布滿，然后用1.0C放電率放電到電池電壓為0C。再將放到0V的電池分兩組：一組存放7天，另一組存放30天;存放到期后再用0.5C充電率布滿，然后用1.0C放電。畢竟比較兩種零電壓存放期不同的不同。

試驗的成果是，零電壓存放7天后電池?zé)o走漏，功用超卓，容量為100%;存放30天后，無走漏、功用超卓，容量為98%;存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到100%。

這試驗說明該磷酸鐵鋰離子電池即使呈現(xiàn)過放電(甚至到0V)，并存放必按時間，電池也不走漏、損壞。這是其他種類鋰離子電池不具有的特性。

優(yōu)勢

1、安全功用的改善

磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵安定，難以分化，即使在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰相同結(jié)構(gòu)坍塌發(fā)熱或是構(gòu)成強氧化性物質(zhì)，因而具有超卓的安全性。有陳說指出，實際操作中針刺或短路試驗中發(fā)現(xiàn)有小部分樣品呈現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，但未呈現(xiàn)一例爆炸事件，而過充試驗中運用大大超出本身放電電壓數(shù)倍的高電壓充電，發(fā)現(xiàn)仍然有爆炸現(xiàn)象。盡管如此，其過充安全性較之一般液態(tài)電解液鈷酸鋰離子電池，已大有改善。

2、壽數(shù)的改善

磷酸鐵鋰離子電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。

長壽數(shù)鉛酸電池的循環(huán)壽數(shù)在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力鋰電池，循環(huán)壽數(shù)抵達2000次以上，規(guī)范充電(5小時率)運用，可抵達2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是新半年、舊半年、保護保護又半年，最多也就1~1.5年時間，而磷酸鐵鋰離子電池在相同條件下運用，理論壽數(shù)將抵達7~8年。歸納考慮，功用價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池布滿，起動電流可達2C，而鉛酸電池?zé)o此功用。

3、高溫功用好

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。作業(yè)溫度規(guī)劃廣大(-20C--75C)，有耐高溫特性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。

4、大容量

∩充電池在經(jīng)常處于布滿不放完的條件下作業(yè)，容量會活絡(luò)低于額外容量值，這種現(xiàn)象叫做回想效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在回想性，而磷酸鐵鋰離子電池?zé)o此現(xiàn)象，電池不論處于什么情況，可隨充隨用，無須先放完再充電。

5、重量輕

相等規(guī)范容量的磷酸鐵鋰離子電池的體積是鉛酸電池體積的2/3，重量是鉛酸電池的1/3。

6、環(huán)保

磷酸鐵鋰離子電池一般被認為是不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬)，無毒(SGS認證經(jīng)過)，無污染，契合歐洲RoHS規(guī)則，為必定的綠色環(huán)保電池證。所以鋰離子電池之所以被業(yè)界看好，首要是環(huán)保考量，因而該電池又列入了十五期間的863國家高科技打開計劃，成為國家重點支撐和鼓舞打開的項目。跟著我國參加WTO，我國電動自行車的出口量將活絡(luò)增大，而進入歐美的電動自行車已要求配備無污染電池。

但有專家標(biāo)明，鉛酸電池造成的環(huán)境污染，首要發(fā)生在公司不規(guī)范的出產(chǎn)過程和收回處理環(huán)節(jié)。同理，鋰離子電池歸于新能源行業(yè)不錯，但它也不能防止重金屬污染的問題。金屬材料加工中有鉛、砷、鎘、汞、鉻等都有可能會釋放到塵土和水中。電池本身就是一種化學(xué)物質(zhì)，所以有可能會出現(xiàn)兩種污染：一是出產(chǎn)工程中的工藝排泄物污染;二是報廢今后的電池污染。

磷酸鐵鋰離子電池也有其缺陷：例如低溫功用差，正極材料振實密度小，等容量的磷酸鐵鋰離子電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因而在微型電池方面不具有優(yōu)勢。而用于動力鋰電池時，磷酸鐵鋰離子電池和其他電池相同，需求面對電池一同性問題。

缺陷

一種材料是否具有運用打開潛力，除了重視其長處外，更為要害的是該材料是否具有根本性的缺陷。

國內(nèi)現(xiàn)在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料，從政府、科研機構(gòu)、公司甚至是證券公司等商場剖析員都看好這一材料，將其作為動力型鋰離子電池的打開方向。剖析其原因，首要有下列兩點：首先是遭到美國研發(fā)方向的影響，美國Valence與A123公司最早選用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國內(nèi)一向沒有制備出可供動力型鋰離子電池運用的具有超卓高溫循環(huán)與貯存功用的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷，歸結(jié)起來首要有以下幾點：

1、在磷酸鐵鋰制備時的燒結(jié)過程中，氧化鐵在高溫恢復(fù)性氣氛下存在被恢復(fù)成單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質(zhì)。這也是日本一向不將該材料作為動力型鋰離子電池正極材料的首要原因。

2、磷酸鐵鋰存在一些功用上的缺陷，如振實密度與壓實密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低。低溫功用較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有處理這一問題。美國阿貢國家試驗室儲能系統(tǒng)中心主任DonHillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫功用的時分，他用terrible來描述，他們對磷酸鐵鋰型鋰離子電池查驗成果標(biāo)明標(biāo)明磷酸鐵鋰離子電池在低溫下(0℃以下)無法使電動轎車行進。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯，但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在這種情況下，設(shè)備根本就無法發(fā)動作業(yè)。

3、材料的制備本錢與電池的制造本錢較高，電池成品率低，一同性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管前進了材料的電化學(xué)功用，但是也帶來了其它問題，如能量密度的下降、合本錢錢的前進、電極加工功用不良以及對環(huán)境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵鋰中的化學(xué)元素Li、Fe與P很豐富，本錢也較低，但是制備出的磷酸鐵鋰產(chǎn)品本錢并不低，即使去掉前期的研發(fā)本錢，該材料的工藝本錢加上較高的制備電池的本錢，會使得畢竟單位儲能電量的本錢較高。

4、產(chǎn)品一同性差。現(xiàn)在國內(nèi)還沒有一家磷酸鐵鋰材料廠可以處理這一問題。從材料制備角度來說，磷酸鐵鋰的組成反應(yīng)是一個雜亂的多相反應(yīng)，有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽，外加碳的前驅(qū)體以及恢復(fù)性氣相。在這一雜亂的反應(yīng)過程中，很難保證反應(yīng)的一同性。

5、知識產(chǎn)權(quán)問題。現(xiàn)在磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專利被美國德州大學(xué)悉數(shù)，而碳包覆專利被加拿大人所央求。這兩個基礎(chǔ)性專利是無法繞過去的，假如本錢上鉤算上專利運用費的話，那產(chǎn)品本錢將會進一步前進。