1、磷酸鐵鋰電池發展背景11 鋰離子電池概述隨著人們對二次電池的比容量、比功率、小型化和輕型化以及環保要求方面的提高，鋰離子電池作為新型綠色能源，以其工作電壓高、能量密度高、循環壽命長、自放電低、無記憶效應、無污染、安全性能好等獨特的優勢（見表1），現已廣泛用作移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等的電源，并在國防軍工、航天航海、人造衛星、小型醫療儀及軍用通訊設備中逐步替代傳統的電池。短短十年的迅速發展，鋰離子電池在小型可充電電池的市場中的占有率已經超過并部分取代了傳統的鉛酸電池和鎳鎘、鎳氫電池，逐漸成為小型二次電池的主流。表1 磷酸鐵鋰電池與其它二次電池性能比較技術參數鎳鎘電池鎳氫電池鉛酸電池

2、磷酸鐵鋰電池工作電壓（V）1.21.22.13.2質量比能量（Wh/kg）3050508040120體積比能量（Wh/L環壽命（次）5005004002000單位價格（RMB/Wh）361.0-1.53-5單位價格/壽命(1000)6122.5-3.751.5-2.5環保有毒略有污染有毒無毒安全性優秀好良好優秀12 LiFePO4正極材料及鐵鋰電池介紹1.2.1 LiFePO4正極材料及鐵鋰電池應用領域鋰離子電池內部主要由正極、負極、電解質及隔膜組成。正、負極及電解質材料不同及工藝上的差異使電池有不同的性能，并且有不同的名稱。目前市場上的鋰離子電池正極材料主要是鈷酸鋰

3、（LiCoO2）、錳酸鋰(LiMn2O4)，另外還有少數采用鎳酸鋰(LiNiO2)以及二元/三元聚合物作正極材料的鋰離子電池。近年來新開發的磷酸亞鐵鋰電池是用磷酸亞鐵鋰（LiFePO4，簡稱LFP）材料作電池正極的鋰離子電池，它是鋰離子電池家族的新成員。圖1：磷酸鐵鋰電池內部結構 圖2：磷酸鐵鋰電池工作原理 磷酸鐵鋰電池的內部結構如圖1所示。左邊是橄欖石結構的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳（石墨）組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質，電池由金屬外殼

4、、鋁塑復合膜或塑料殼密閉封裝。由于磷酸鐵鋰先天性的結構穩定特性(橄欖石結構)，特別是在安全性和循環性能方面具有無可比擬的優勢，所以采用磷酸亞鐵鋰正極材料的電池可廣泛應用于多個領域。根據技術成熟度和市場普及度，磷酸亞鐵鋰電池應用可分為三個階段：第一階段：低端應用（表現在儲能領域，目前應用較為廣泛）：1 替代照相機、筆記本鎳鎘/鎳氫等可充電電池；2小型醫療儀器設備、便攜式儀器、無線麥克風等； 3、太陽能及風力發電的儲能設備； 4不間斷電源（UPS）及應急燈、警示燈及礦燈(安全性最好)； 第二階段：中端應用（表現在普通動力系統領域，目前市場正在興起）：1電動工具：電鉆、電鋸、割草機等； 2遙控汽車、

5、船、飛機等玩具； 3輕型電動車：電動自行車、電動摩托車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅、Segway代步車等； 第三階段：高端應用（表現在高功率動力系統領域，目前市場主要靠政府推動）：1大型電動車輛：火車、公交車、叉車、景點游覽車、混合動力車和純電動車等。 2、軍事、航天領域：輪船、潛艇、裝甲車、火箭、太空車等。 1.2.2 磷酸鐵鋰電池的優勢1、使用安全，磷酸根化學鍵的結合力比傳統的過渡金屬氧化物結構化學鍵強，所以結構更加穩定，并且不易釋放氧氣，磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，磷酸鐵鋰電池是目前全球唯一絕對安全的鋰離子電池，在高溫下的穩定性可達400-50

6、0（且在濫用情況下釋放的熱量最少），保證了電池內在的高安全性；不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產生爆炸或燃燒。2、該電池壽命超長，循環使用次數高，在室溫下1C充放電循環2000次，容量保持率80以上；是鉛酸電池5倍，鎳氫電池的4倍，是鈷酸鋰電池4倍，是錳酸鋰電池4-5倍左右。3、該電池不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無毒，無污染，為絕對的綠色環保電池。鉛酸電池中卻存在著大量的鉛，在其廢棄后若處理不當，仍將對環境夠成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無論在生產及使用中，均無污染，因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國家高科技發展計劃，成為國家重點支持和鼓勵發展的項目。其他優勢該電池

7、重量很輕，是鉛酸電池的1/3，鎳氫電池的63%；該電池體積小，商品設計可輕量化。鉛酸電池的2/3，也較鎳氫電池體積小；該電池單體電壓高，為3.2V，串聯少，電池組可靠性高；平臺性能：1C充放電，3.33.0V 平臺容量達到93%以上；放電平臺穩定，可作大電流高功率充放電高倍率放電特性：10C充放電效率達到 96以上，容量保持率90以上，可實現10C放電；該電池自放電小；無記憶效應。可充電池在經常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現象叫做記憶效應。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池無此現象，電池無論處于什么狀態，可隨充隨用，無須先放完再充電；該電池快速充電特性優，2C快充，半小時充足95%；工作溫度范圍寬廣（-20-+75），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。表2：各種鋰離子電池性能比較鈷酸鋰 liCo02鎳鈷錳 LiNiCoMn02錳酸鋰 LiMn204磷酸鐵鋰 LiFeP04振實密度（g/cm3）2.83.02.02.32.22.40.81.4比表面積（m2/g）0.40.60.20.40.40.81220克容量(mAh/g)1351401551651001151301