详解磷酸铁锂离子电池

磷酸铁锂离子电池，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首要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其间钴酸锂是现在绝大多数锂离子电池运用的正极材料。

意义

金属生意商场，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较廉价，而铁(Fe)存储量较多。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一同。因而，选用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是挺廉价的。它的另一个特点是对环境环保无污染。

作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、超卓的充放电循环功用、输出电压安稳、能大电流充放电、电化学安稳功用、运用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、作业温度规划宽、无毒或少毒、对环境无污染。选用LiFePO4作正极的磷酸铁锂离子电池在这些功用要求上都不错，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿数上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是现在最好的大电流输出动力锂电池。

结构与作业原理

LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极联接，中心是聚合物的隔膜，它把正极与负极离隔，但锂离子Li可以经过而电子e-不能经过，右边是由碳(石墨)组成的电池负极，由铜箔与电池的负极联接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li经过聚合物隔膜向负极搬家;在放电过程中，负极中的锂离子Li经过隔膜向正极搬家。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回搬家而命名的。

首要功用

LiFePO4电池的标称电压是3.2V、中止充电电压是3.6V、中止放电压是2.0V。因为各个出产厂家选用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其功用上会有些差异。例如同一种类型(同一种封装的规范电池)，其电池的容量有较大不同(10%～20%)。

这儿要说明的是，不同厂出产的磷酸铁锂动力锂电池在各项功用参数上会有一些不同;其他，有一些电池功用未列入，如电池内阻、自放电率、充放电温度等。

磷酸铁锂动力锂电池的容量有较大不同，可以分红三类：小型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。

过放电到零电压试验：

选用STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂动力锂电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池布满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天;存放到期后再用0.5C充电率布满，然后用1.0C放电。毕竟比较两种零电压存放期不同的不同。

试验的成果是，零电压存放7天后电池无走漏，功用超卓，容量为100%;存放30天后，无走漏、功用超卓，容量为98%;存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。

这试验说明该磷酸铁锂离子电池即使呈现过放电(甚至到0V)，并存放必按时间，电池也不走漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。

优势

1、安全功用的改善

磷酸铁锂晶体中的P-O键安定，难以分化，即使在高温或过充时也不会像钴酸锂相同结构坍塌发热或是构成强氧化性物质，因而具有超卓的安全性。有陈说指出，实际操作中针刺或短路试验中发现有小部分样品呈现燃烧现象，但未呈现一例爆炸事件，而过充试验中运用大大超出本身放电电压数倍的高电压充电，发现仍然有爆炸现象。尽管如此，其过充安全性较之一般液态电解液钴酸锂离子电池，已大有改善。

2、寿数的改善

磷酸铁锂离子电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。

长寿数铅酸电池的循环寿数在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力锂电池，循环寿数抵达2000次以上，规范充电(5小时率)运用，可抵达2000次。同质量的铅酸电池是新半年、旧半年、保护保护又半年，最多也就1~1.5年时间，而磷酸铁锂离子电池在相同条件下运用，理论寿数将抵达7~8年。归纳考虑，功用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分钟内即可使电池布满，起动电流可达2C，而铅酸电池无此功用。

3、高温功用好

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。作业温度规划广大(-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

∩充电池在经常处于布满不放完的条件下作业，容量会活络低于额外容量值，这种现象叫做回想效应。像镍氢、镍镉电池存在回想性，而磷酸铁锂离子电池无此现象，电池不论处于什么情况，可随充随用，无须先放完再充电。

5、重量轻

相等规范容量的磷酸铁锂离子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。

6、环保

磷酸铁锂离子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认证经过)，无污染，契合欧洲RoHS规则，为必定的绿色环保电池证。所以锂离子电池之所以被业界看好，首要是环保考量，因而该电池又列入了十五期间的863国家高科技打开计划，成为国家重点支撑和鼓舞打开的项目。跟着我国参加WTO，我国电动自行车的出口量将活络增大，而进入欧美的电动自行车已要求配备无污染电池。

但有专家标明，铅酸电池造成的环境污染，首要发生在公司不规范的出产过程和收回处理环节。同理，锂离子电池归于新能源行业不错，但它也不能防止重金属污染的问题。金属材料加工中有铅、砷、镉、汞、铬等都有可能会释放到尘土和水中。电池本身就是一种化学物质，所以有可能会出现两种污染：一是出产工程中的工艺排泄物污染;二是报废今后的电池污染。

磷酸铁锂离子电池也有其缺陷：例如低温功用差，正极材料振实密度小，等容量的磷酸铁锂离子电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因而在微型电池方面不具有优势。而用于动力锂电池时，磷酸铁锂离子电池和其他电池相同，需求面对电池一同性问题。

缺陷

一种材料是否具有运用打开潜力，除了重视其长处外，更为要害的是该材料是否具有根本性的缺陷。

国内现在普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料，从政府、科研机构、公司甚至是证券公司等商场剖析员都看好这一材料，将其作为动力型锂离子电池的打开方向。剖析其原因，首要有下列两点：首先是遭到美国研发方向的影响，美国Valence与A123公司最早选用磷酸铁锂做锂离子电池的正极材料。其次是国内一向没有制备出可供动力型锂离子电池运用的具有超卓高温循环与贮存功用的锰酸锂材料。但磷酸铁锂也存在不容忽视的根本性缺陷，归结起来首要有以下几点：

1、在磷酸铁锂制备时的烧结过程中，氧化铁在高温恢复性气氛下存在被恢复成单质铁的可能性。单质铁会引起电池的微短路，是电池中最忌讳的物质。这也是日本一向不将该材料作为动力型锂离子电池正极材料的首要原因。

2、磷酸铁锂存在一些功用上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低。低温功用较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有处理这一问题。美国阿贡国家试验室储能系统中心主任DonHillebrand博士谈到磷酸锂铁电池低温功用的时分，他用terrible来描述，他们对磷酸铁锂型锂离子电池查验成果标明标明磷酸铁锂离子电池在低温下(0℃以下)无法使电动轿车行进。尽管也有厂家宣称磷酸锂铁电池在低温下容量保持率还不错，但是那是在放电电流较小和放电截止电压很低的情况下。在这种情况下，设备根本就无法发动作业。

3、材料的制备本钱与电池的制造本钱较高，电池成品率低，一同性差。磷酸铁锂的纳米化和碳包覆尽管前进了材料的电化学功用，但是也带来了其它问题，如能量密度的下降、合本钱钱的前进、电极加工功用不良以及对环境要求苛刻等问题。尽管磷酸铁锂中的化学元素Li、Fe与P很丰富，本钱也较低，但是制备出的磷酸铁锂产品本钱并不低，即使去掉前期的研发本钱，该材料的工艺本钱加上较高的制备电池的本钱，会使得毕竟单位储能电量的本钱较高。

4、产品一同性差。现在国内还没有一家磷酸铁锂材料厂可以处理这一问题。从材料制备角度来说，磷酸铁锂的组成反应是一个杂乱的多相反应，有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐，外加碳的前驱体以及恢复性气相。在这一杂乱的反应过程中，很难保证反应的一同性。

5、知识产权问题。现在磷酸铁锂的基础专利被美国德州大学悉数，而碳包覆专利被加拿大人所央求。这两个基础性专利是无法绕过去的，假如本钱上钩算上专利运用费的话，那产品本钱将会进一步前进。