磷酸鐵鋰離子電池缺點(diǎn)

一種材料是否具有應(yīng)用開發(fā)的潛力，除了關(guān)注其優(yōu)點(diǎn)外，更重要的是該材料是否具有根本的缺陷。

在我國(guó)，磷酸鐵鋰廣泛用作動(dòng)力鋰離子電池的負(fù)極材料。政府的市場(chǎng)分析師、科研機(jī)構(gòu)、公司甚至證券公司都看好這種材料，認(rèn)為它是動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展方向。分析其原因，重要有以下兩點(diǎn):一是受美國(guó)研究方向的影響，化合價(jià)和A123公司做的磷酸鐵鋰離子電池正極材料的早期采用。其次，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有制備出具有良好高溫循環(huán)和儲(chǔ)存性能的動(dòng)態(tài)鋰離子電池用錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也有不可忽視的基本缺陷，總結(jié)如下:

1.在制備磷酸鐵鋰的燒結(jié)過(guò)程中，氧化鐵有可能在還原氣氛中高溫還原為單質(zhì)鐵。簡(jiǎn)單的鐵會(huì)造成電池的微短路，是電池中最忌諱的材料。這是該材料在日本沒(méi)有作為動(dòng)力鋰離子電池正極材料的重要原因。

2.磷酸鐵鋰存在一些性能缺陷，如振動(dòng)密度低、壓實(shí)密度低，導(dǎo)致鋰離子電池能量密度低。低溫性能差，即使是納米碳涂層也沒(méi)有解決這個(gè)問(wèn)題。美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(argonnenationallaboratory)儲(chǔ)能系統(tǒng)中心(centerforenergystoragesystems)主任唐希萊布蘭德(DonHillebrand)博士用可怕這個(gè)詞來(lái)描述磷酸鐵鋰離子電池的低溫性能。盡管一些制造商聲稱磷酸鐵鋰離子電池在低溫下仍能很好地保持其容量，但這是在放電電流小、截止電壓低的情況下。在這種情況下，設(shè)備根本無(wú)法啟動(dòng)。

3.材料的制備成本高于電池的制造成本，導(dǎo)致電池成品率低，一致性差。磷酸鐵鋰的納濾和碳包覆在提高材料電化學(xué)性能的同時(shí)，也帶來(lái)了能量密度降低、合成成本提高、電極加工性能差、環(huán)境要求苛刻等問(wèn)題。磷酸鐵鋰中的化學(xué)元素Li、Fe、P雖然含量豐富，成本低廉，但磷酸鐵鋰的產(chǎn)品成本并不低。即使扣除研發(fā)成本，材料的技術(shù)成本和電池制備成本也會(huì)導(dǎo)致單位儲(chǔ)能成本的新增。

4.產(chǎn)品一致性差。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有磷酸鐵鋰材料廠可以解決這個(gè)問(wèn)題。從材料制備的角度看，磷酸鐵鋰的合成是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)，包括固體磷酸鹽、氧化鐵和鋰鹽，加上碳前驅(qū)體和還原性氣相。在這個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程中，很難保證反應(yīng)的一致性。

5.知識(shí)產(chǎn)權(quán)。磷酸鐵鋰的第一項(xiàng)專利申請(qǐng)由FXMITTERMAIER&SOEHNEOHG(DE)于1993年六月二十五日獲得，結(jié)果于1993年八月十九日公布。磷酸鐵鋰的基本專利由德克薩斯大學(xué)擁有，而碳涂層專利由加拿大人申請(qǐng)。這兩項(xiàng)基本專利是不能回避的。假如在成本中包含提成，產(chǎn)品成本將進(jìn)一步新增。

此外，從開發(fā)和生產(chǎn)鋰離子電池的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，日本是第一個(gè)將鋰離子電池商業(yè)化的國(guó)家，一直占據(jù)著高端鋰離子電池市場(chǎng)。美國(guó)雖然在一些基礎(chǔ)研究方面處于領(lǐng)先地位，但尚未生產(chǎn)出大型鋰離子電池。因此，日本選擇改性錳酸鋰作為動(dòng)力鋰離子電池的負(fù)極材料更為合理。即使在美國(guó)，磷酸鐵鋰和錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的比例也相當(dāng)，聯(lián)邦政府支持這兩種系統(tǒng)的發(fā)展。鑒于上述問(wèn)題，磷酸鐵鋰作為動(dòng)力鋰離子電池的負(fù)極材料在新能源汽車等領(lǐng)域難以廣泛應(yīng)用。假如它能解決錳酸鋰在高溫下循環(huán)和儲(chǔ)存性能差的問(wèn)題，它將具有低成本和高倍增器性能的優(yōu)勢(shì)，在動(dòng)力鋰離子電池中有很大的應(yīng)用潛力。