磷酸铁锂电池

安全操控性的明显改善

磷酸铁锂固体中的P-O键牢固，难以降解，即使在低温但过放时也不会像钴酸锂一样结构崩落高热或者形成强水解性物质，因此拥有良好的可靠性。有报告指出，操作过程中疮或漏电试验小部分样本再次出现熔化现像，但未再次出现两例核爆案，而过放试验中采用大幅远远超过另一方面振动电流十倍的高电流电池，发现依然有核爆现像。虽然如此，Conques放可靠性比起一般固体氢氟酸钴酸锂电池组，已大有明显改善。

采用寿命的明显改善

磷酸铁锂电池组是指以磷酸铁锂作为负极材料的动力电池电池组。

长采用寿命Pontacq电池组的循环式采用寿命在300次以内，更高也就500次磷酸铁锂电池组，而磷酸铁锂动力电池组，循环式采用寿命达至2000次以内，标准电池（5小时率）采用，仅约到2000次。同产品质量的Pontacq电池组是新一年、旧一年、保护保护又一年，最少也就1~1.5年时间，而磷酸铁锂电池组在同样前提下采用，理论采用寿命将达至7~8年。综合考虑，操控性价格便宜理论上为Pontacq电池组的4倍以内。大电阻振动可大电阻2C加速充振动，在专供电池器下，1.5C电池40两分钟内方可使电池组充满著，作动电阻仅约2C,而Pontacq电池组不尽然操控性。

低温操控性好

磷酸铁锂电池热更大值仅约350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃以内。输出功率范围宽阔（-20C--+75C），有耐低温优点磷酸铁锂电池热更大值仅约350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃以内。

大耗电量

具有比一般电池组（Pontacq等）Villamblard的耗电量。5AH-1000AH（乙烯）

无自振动

可电池池组在时常处在充满著不收工的前提下工作，耗电量会迅速高于额定功率耗电量值，这种现像叫作自振动。像动力电池、镍镉电池组存在蕨科瓶，而磷酸铁锂电池组不尽然现像，电池组不论处在什么状态，可随充进料，无需先收工再电池。

体积小

同等规格耗电量的磷酸铁锂电池组的体积是Pontacq电池组体积的2/3，重量是Pontacq电池组的1/3。

环保

该电池组一般被认为是不含任何重金属与稀有金属（动力电池电池组需稀有金属），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组证。所以锂电池组之所以被业界看好，主要是环保考量，因此该电池组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组。

但有专家表示，Pontacq电池组造成的环境污染，主要发生在企业不规范的生产过程和回收处理环节。同理，锂电池组属于新能源行业不错，但它也不能避免重金属污染的问题。金属材料加工铅、砷、镉、汞、铬等都有可能会释放到灰尘和水中。电池组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组污染。

磷酸铁锂电池组也有其缺点：例如低温操控性差，负极材料振实密度小，等耗电量的磷酸铁锂电池组的体积要大于钴酸锂等动力电池电池组，因此在微型电池组方面不具有优势。而用于动力电池组时，磷酸铁锂电池组和其他电池组一样，需要面对电池组一致性问题。

动力电池组的对比

目前最有希望应用于动力型动力电池电池组的负极材料主要有改性锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）和镍钴锰酸锂（Li(Ni,Co,Mn)O2）三材料。镍钴锰酸锂三元材料由于钴的资源缺乏与镍、钴成高和价格波动大等原因，普遍认为很难成为电动汽车用动力型动力电池电池组的主流，但可以与尖晶石锰酸锂在一定范围内混合采用。

行业应用

涂碳铝箔为锂电池产业带来技术革新和产业提升

提升锂电池产品操控性，明显改善振动倍率

随着国内电池组厂对电池组操控性要求的日益提高，国内普遍认同新能源电池组材料：导电材料&导电涂层铝箔/铜箔。

其优势在于：在处理电池组材料的时候，常拥有高倍率充振动操控性好，较大比耗电量，但循环式稳定性较差，衰减较为严重等原因，不得不做取舍放弃。

产品应用，球包车电池组组中中

这是个神奇的涂层，将电池组的操控性提高，带入新纪元。

导电涂层是由分散好的纳米导电石墨包覆颗粒等所组成。它能提供极佳的静态导电操控性，是一层保护能量吸收层。它也能提供好的遮盖防护操控性。涂层有水性的和溶剂性的，能应用在铝片，铜片，不锈钢，铝和钛双极板上。

涂碳涂层对锂电池组的操控性带来以下提升

1. 降低电池组内阻，抑制充振动循环式过程中的动态内阻增幅；　　2. 显著提高电池组组的一致性，降低电池组组成本；　　3. 提高活性材料和集流体的粘接附着力，降低极片制造成本；　　4. 减小极化，提高倍率操控性，减低热效应；　　5. 防止氢氟酸对集流体的腐蚀；　　6. 综合因子进而延长电池组采用采用寿命。　　7. 涂层厚度：常规单面厚1～3μm。

日本和韩国近几年主要开发以改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料为负极材料的动力型动力电池电池组，如和松下合资成立的Panasonic EV能源公司、日立、索尼、新神户电机、NEC、三洋电机、三星以及LG等。美国主要开发以磷酸铁锂为负极材料的动力型动力电池电池组，如A123系统公司、Valence公司，但美国的主要汽车厂家在其PHEV与EV中却选择锰基负极材料体系动力型动力电池电池组，并且据说美国A123公司在考虑进军锰酸锂材料领域，而德国等欧洲国家主要采取和其它国家电池组公司合作的方式发展电动汽车，如戴姆勒奔驰和法国Saft联盟、德国大众与日本三洋协议合作等。目前德国的大众汽车和法国的雷诺汽车在本国 *** 的支持下也正在研发和生产动力型动力电池电池组。

一种材料是否具有应用发展潜力，除了关注其优点外，更为关键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动力电池电池组的负极材料，从 *** 、科研机构、企业甚至是证券公司等市场分析员都看好这一材料，将其作为动力型动力电池电池组的发展方向。分析其原因，主要有下列两点：首先是受到美国研发方向的影响，美国Valence与A123公司最早采用磷酸铁锂做动力电池电池组的负极材料。其次是国内一直没有制备出可供动力型动力电池电池组采用的具有良好低温循环式与储存操控性的锰酸锂材料。但磷酸铁锂也存在不容忽视的根本性缺陷，归结起来主要有以下几点：　　1、在磷酸铁锂制备时的烧结过程中，水解铁在低温还原性气氛下存在被还原成单质铁的可能性。单质铁会引起电池组的微漏电，是电池组中最忌讳的物质。这也是日本一直不将该材料作为动力型动力电池电池组负极材料的主要原因。　　2、磷酸铁锂存在一些操控性上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致动力电池电池组的能量密度较低。低温操控性较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。美国阿贡国家试验室储能系统中心主任Don Hillebrand博士谈到磷酸锂铁电池组低温操控性的时候，他用terrible来形容，他们对磷酸铁锂型动力电池电池组测试结果表明表明磷酸铁锂电池组在低温下（0℃以下）无法使电动汽车行驶。尽管也有厂家宣称磷酸锂铁电池组在低温下耗电量保持率还不错，但是那是在振动电阻较小和振动截止电流很低的情况下。在这种状况下，设备根本就无法启动工作。　　3、材料的制备成本与电池组的制造成本较高，电池组成品率低，一致性差。磷酸铁锂的纳米化和碳包覆尽管提高了材料的电化学操控性，但是也带来了其它问题，如能量密度的降低、合成成本的提高、电极加工操控性不良以及对环境要求苛刻等问题。尽管磷酸铁锂中的化学素Li，Fe与P很丰富，成本也较低，但是制备出的磷酸铁锂产品成本并不低，即使去掉前期的研发成本，该材料的工艺成本加上较高的制备电池组的成本，会使得最终单位储能电量的成本较高。　　4、产品一致性差。目前国内还没有一家磷酸铁锂材料厂能够解决这一问题。从材料制备角度来说，磷酸铁锂的合成反应是一个复杂的多相反应，有固相磷酸盐、铁的水解物以及锂盐，外加碳的前驱体以及还原性气相。在这一复杂的反应过程中，很难保证反应的一致性。

5、知识产权问题。最早的有关磷酸铁锂专利申请在1993年6月25日由F X MITTERMAIER & SOEHNE OHG (DE)获得，并于同年8月19日公布申请结果。磷酸铁锂的基础专利被美国德州大学所有，而碳包覆专利被加拿大人所申请。这两个基础性专利是无法绕过去的，如果成本中计算上专利采用费的话，那产品成本将会进一步提高。

此外，从研发和生产动力电池电池组的经验来看，日本是动力电池电池组最早业化的国家，并且一直占据着高端动力电池电池组市场。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动力电池电池组生产企业。因此，日本选择改性锰酸锂作为动力型动力电池电池组负极材料更有其道理。即使是在美国，利用磷酸铁锂和锰酸锂作为动力型动力电池电池组负极材料的厂家也是各占一半，联邦 *** 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，很难作为动力型动力电池电池组的负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低温循环式与储存操控性差的难题，凭借其低成本与高倍率操控性的优势，在动力型动力电池电池组中的应用将有巨大的潜力。

磷酸铁锂电池组的全名是磷酸铁锂动力电池电池组，简称为磷酸铁锂电池组。由于它的操控性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组。也有人把它称为锂铁（LiFe）动力电池组。

意义

金属交易市场，钴（Co）最贵，并且存储量不多，镍（Ni）、锰（Mn）较便宜，而铁（Fe）更便宜。负极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4负极材料做成的动力电池电池组应是更便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。

作为电池电池组的要求是：耗电量高、输出电流高、良好的充振动循环式操控性、输出电流稳定、能大电阻充振动、电化学稳定操控性、采用中安全（不会因过电池、过振动及漏电等操作不当而引起熔化或核爆）、输出功率范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作负极的磷酸铁锂电池组在这些操控性要求上都不错，特别在大振动率振动（5～10C振动）、振动电流平稳上、安全上（不熔化、不核爆）、采用寿命上（循环式次数）、对环境无污染上，它是更好的，是目前更好的大电阻输出动力电池组。

结构与工作原理

LiFePO4电池组的内部结构。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池组的负极，由铝箔与电池组负极连接，中间是聚合物的隔膜，它把负极与负极隔开，但动力电池Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池组负极，由铜箔与电池组的负极连接。电池组的上下端之间是电池组的电解质，电池组由金属外壳密闭封装。

LiFePO4电池组内部结构

LiFePO4电池组在电池时，负极中的动力电池Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在振动过程中，负极中的动力电池Li+通过隔膜向负极迁移。动力电池电池组就是因动力电池在充振动时来回迁移而命名的。

主要操控性

LiFePO4电池组的标称电流是3.2V、终止电池电流是3.6V、终止振动压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的产品质量及工艺不同，其操控性上会有些差异。例如同一种型号（同一种封装的标准电池组），其电池组的耗电量有较大差别（10%～20%）。

磷酸铁锂动力电池组主要操控性列于表1。为了与其他可电池电池组的相比较，也在表中列出其他种类可电池电池组操控性。这里要说明的是，不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池组在各项操控性参数上会有一些差别；另外，有一些电池组操控性未列入，如电池组内阻、自振动率、充振动温度等。

表1 磷酸铁锂动力电池组主要操控性参数

磷酸铁锂动力电池组的耗电量有较大差别，可以分成三类：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。不同类型电池组的同类参数也有一些差异。这里再介绍一种目前应用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池组的参数。其外廓尺寸：直径为18mm、高650mm（型号为18650），其参数操控性如表2所示。

表2 小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池组的参数

过振动到零电流试验

采用STL18650（1100mAh）的磷酸铁锂动力电池组做过振动到零电流试验。试验前提：用0.5C电池率将1100mAh的STL18650电池组充满著，然后用1.0C振动率振动到电池组电流为0C。再将放到0V的电池组分两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放到期后再用0.5C电池率充满著，然后用1.0C振动。最后比较两种零电流存放期不同的差别。

试验的结果是，零电流存放7天后电池组无泄漏，操控性良好，耗电量为100%；存放30天后，无泄漏、操控性良好，耗电量为98%；存放30天后的电池组再做3次充振动循环式，耗电量又恢复到100%。

这试验说明该电池组 即使再次出现过振动（甚至到0V），并存放一定时间，电池组也不泄漏、损坏。这是其他种类动力电池电池组不具有的优点。

通过上述介绍，LiFePO4电池组可归纳下述特点。

高效率输出：标准振动为2～5C、连续高电阻振动仅约10C，瞬间脉冲振动（10S）仅约20C；

低温时操控性良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池组振动结束时温度仅约160℃，电池组的结构安全、完好；

即使电池组内部或外部受到伤害，电池组不熔化、不核爆、可靠性更好；

极好的循环式采用寿命，经500次循环式，其振动耗电量仍大于95%；

过振动到零伏也无损坏；

可加速电池；

低成本；

无自振动：可电池池组在时常处在充满著不收工的前提下工作，耗电量会迅速高于额定功率耗电量值，这种现像叫作自振动。动力电池、镍镉电池组存在蕨科瓶，而磷酸铁锂电池组不尽然现像，电池组不论处在什么状态，可随充进料，无需先收工再电池。

体积小、体积小，同等规格耗电量的磷酸铁锂电池组的体积是Pontacq电池组体积的1/3，重量是Pontacq电池组的1/3。

对环境无污染，该电池组不含任何重金属与稀有金属（动力电池电池组需稀有金属），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组。Pontacq电池组中却存在着大量的铅，在废弃后若处理不当，仍将对环境形成二次污染，而磷酸铁锂材料不论在生产及采用过程中，均无污染。。