磷酸铁锂电池有什么优势，工作原理是什么样的？

磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极资料的锂离子电池。锂离子电池的正极资料首要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元资料、磷酸铁锂等。

锂离子电池的正极为磷酸铁锂资料，其安全功能与循环寿数有较大优势，这些也正是动力电池最重要的技能指标之一。1C充放循环寿数可做到2000次，穿刺不爆破，过充时不容易焚烧和爆破。磷酸铁锂正极资料做出大容量锂离子电池更易并串联运用。

磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极资料的锂离子电池。锂离子电池的正极资料首要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元资料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是现在绝大多数锂离子电池运用的正极资料。从资料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入、脱嵌进程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。

1介绍

磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，一个首要用途是用于动力电池，相对NI-MH、Ni-Cd电池有很大优势。

磷酸铁锂电池充放电功率较高，倍率放电情况下充放电功率可达90%以上，而铅酸电池约为80%。

2八大优势

安全功能的改进

磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分化，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂相同结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因而具有杰出的安全性。有陈述指出，实际操作中针刺或短路实验中发现有小部分样品呈现焚烧现象，但未呈现一例爆破事件，而过充实验中运用大大超出本身放电电压数倍的高电压充电，发现仍然有爆破现象。虽然如此，其过充安全性较之一般液态电解液钴酸锂电池，已大有改进。

寿数的改进

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极资料的锂离子电池。

长寿数铅酸电池的循环寿数在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿数到达2000次以上，标准充电(5小时率)运用，可到达2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1~1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下运用，理论寿数将到达7~8年。概括考虑，功能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分钟内即可使电池充溢，起动电流可达2C,而铅酸电池无此功能。

高温功能好

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。作业温度规模广大(-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。

大容量

具有比一般电池(铅酸等)更大的容量。单体容量为5AH-1000AH。

无回忆效应

可充电池在经常处于充溢不放完的条件下作业，容量会敏捷低于额外容量值，这种现象叫做回忆效应。像镍氢、镍镉电池存在回忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池不管处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

分量轻

同等标准容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，分量是铅酸电池的1/3。

环保

该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，符合欧洲RoHS规则，为肯定的绿色环保电池证。所以锂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”国家高科技开展计划，成为国家要点支撑和鼓励开展的项目。跟着中国加入WTO，中国电动自行车的出口量将敏捷增大，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，首要发生在企业不标准的出产进程和回收处理环节。同理，锂电池属于新动力行业不错，但它也不能避免重金属污染的问题。金属资料加工中有铅、砷、镉、汞、铬等都有可能会释放到尘埃和水中。电池本身便是一种化学物质，所以有可能会产生两种污染：一是出产工程中的工艺排泄物污染；二是报废以后的电池污染。

磷酸铁锂电池也有其缺点：例如低温功能差，正极资料振实密度小，等容量的磷酸铁锂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。而用于动力电池时，磷酸铁锂电池和其他电池相同，需求面对电池共同性问题。

动力电池的比照

现在最有期望运用于动力型锂离子电池的正极资料首要有改性锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)和镍钴锰酸锂(Li(Ni,Co,Mn)O2)三元资料。镍钴锰酸锂三元资料因为钴的资源缺少与镍、钴成高和价格动摇大等原因，普遍认为很难成为电动轿车用动力型锂离子电池的主流，但能够与尖晶石锰酸锂在一定规模内混合运用。

行业运用

涂碳铝箔为锂电工业带来技能革新和工业提升；提升锂电产品功能，改进放电倍率。

跟着国内电池厂商对电池功能要求的日益进步，国内普遍认同新动力电池资料：导电资料、导电涂层铝箔、铜箔。

其优势在于：在处理电池资料的时候，常具有高倍率充放电功能好，较大比容量，但循环安稳性较差，衰减较为严重等原因，不得不做取舍放弃。

这是个神奇的涂层，将电池的功能进步，带入新纪元。

导电涂层是由涣散好的纳米导电石墨包覆颗粒等所组成。它能供给极佳的静态导电功能，是一层维护能量吸收层。它也能供给好的遮盖防护功能。涂层有水性的和溶剂性的，能运用在铝片，铜片，不锈钢，铝和钛双极板上。

涂碳涂层对锂电池的功能带来以下提升：

1.下降电池内阻，抑制充放电循环进程中的动态内阻增幅；

2.明显进步电池组的共同性，下降电池组本钱；

3.进步活性资料和集流体的粘接附着力，下降极片制作本钱；

4.减小极化，进步倍率功能，减低热效应；

5.避免电解液对集流体的腐蚀；

6.概括因子进而延伸电池运用寿数；

7.涂层厚度：常规单面厚1～3μm。

日本和韩国近几年首要开发以改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元资料为正极资料的动力型锂离子电池，如丰田和松下合资成立的PanasonicEV动力公司、日立、索尼、新神户电机、NEC、三洋电机、三星以及LG等。

美国首要开发以磷酸铁锂为正极资料的动力型锂离子电池，如A123系统公司、Valence公司，但美国的首要轿车厂家在其PHEV与EV中却挑选锰基正极资料系统动力型锂离子电池，并且据说美国A123公司在考虑进军锰酸锂资料范畴，而德国等欧洲国家首要采取和其它国家电池公司合作的方法开展电动轿车，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。现在德国的大众轿车和法国的雷诺轿车在本国政府的支撑下也正在研制和出产动力型锂离子电池。

缺点

一种资料是否具有运用开展潜力，除了重视其长处外，更为关键的是该资料是否具有根本性的缺点。

国内现在普遍挑选磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极资料，从政府、科研机构、企业甚至是证券公司等商场分析员都看好这一资料，将其作为动力型锂离子电池的开展方向。

分析其原因，首要有下列两点：首先是受到美国研制方向的影响，美国Valence与A123公司最早选用磷酸铁锂做锂离子电池的正极资料。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杰出高温循环与储存功能的锰酸锂资料。但磷酸铁锂也存在不容忽视的根本性缺点，归结起来首要有以下几点：

1.在磷酸铁锂制备时的烧结进程中，氧化铁在高温复原性气氛下存在被复原成单质铁的可能性。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资料作为动力型锂离子电池正极资料的首要原因；

2.磷酸铁锂存在一些功能上的缺点，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。低温功能较差，即便将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。美国阿贡国家实验室储能系统中心主任DonHillebrand博士谈到磷酸锂铁电池低温功能的时候，他用terrible来形容，他们对磷酸铁锂型锂离子电池测验成果标明标明磷酸铁锂电池在低温下(0℃以下)无法使电动轿车行驶。虽然也有厂家宣称磷酸锂铁电池在低温下容量坚持率还不错，可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.资料的制备本钱与电池的制作本钱较高，电池成品率低，共同性差。磷酸铁锂的纳米化和碳包覆虽然进步了资料的电化学功能，可是也带来了其它问题，如能量密度的下降、组成本钱的进步、电极加工功能不良以及对环境要求苛刻等问题。虽然磷酸铁锂中的化学元素Li，Fe与P很丰厚，本钱也较低，可是制备出的磷酸铁锂产品本钱并不低，即便去掉前期的研制本钱，该资料的工艺本钱加上较高的制备电池的本钱，会使得终究单位储能电量的本钱较高。

4.产品共同性差。现在国内还没有一家磷酸铁锂资料厂能够解决这一问题。从资料制备视点来说，磷酸铁锂的组成反响是一个杂乱的多相反响，有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐，外加碳的前驱体以及复原性气相。在这一杂乱的反响进程中，很难保证反响的共同性。

5.知识产权问题。最早的有关磷酸铁锂专利请求在1993年6月25日由FXMITTERMAIER&SOEHNEOHG(DE)获得，并于同年8月19日发布请求成果。磷酸铁锂的根底专利被美国德州大学一切，而碳包覆专利被加拿大人所请求。这两个根底性专利是无法绕过去的，假如本钱中计算上专利运用费的话，那产品本钱将会进一步进步。

此外，从研制和出产锂离子电池的经验来看，日本是锂离子电池最早商业化的国家，并且一向占据着高端锂离子电池商场。而美国虽然在一些根底研讨上抢先，可是到现在为止还没有一家大型锂离子电池出产企业。因而，日本挑选锰酸锂作为动力型锂离子电池正极资料更有其道理。即便是在美国，利用磷酸铁锂和锰酸锂作为动力型锂离子电池正极资料的厂家也是各占一半，联邦政府也是同时支撑这两种系统的研制。

鉴于磷酸铁锂存在的上述问题，很难作为动力型锂离子电池的正极资料在新动力轿车等范畴获得广泛运用。假如能够解决锰酸锂存在的高温循环与储存功能差的难题，凭仗其低本钱与高倍率功能的优势，在动力型锂离子电池中的运用将有巨大的潜力。

6.作业原理与特色磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池，这姓名太长，简称为磷酸铁锂电池。因为它的功能特别适于作动力方面的运用，则在称号中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。

含义

在金属交易商场，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)最便宜。正极资料的价格也与这些金属的价格行情共同。因而，选用LiFePO4正极资料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特色是对环境无污染。

作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、杰出的充放电循环功能、输出电压安稳、能大电流充放电、电化学安稳功能、运用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不妥而引起焚烧或爆破)、作业温度规模宽、无毒或少毒、对环境无污染。选用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些功能要求上都不错，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不焚烧、不爆破)、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电池。

结构与作业原理

LiFePO4电池的内部结是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔阂，它把正极与负极离隔，但锂离子Li+能够经过而电子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连接。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+经过聚合物隔阂向负极搬迁；在放电进程中，负极中的锂离子Li+经过隔阂向正极搬迁。锂离子电池便是因锂离子在充放电时来回搬迁而命名的。

首要功能

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

这儿要阐明的是，不同工厂出产的磷酸铁锂动力电池在各项功能参数上会有一些不同；别的，有一些电池功能未列入，如电池内阻、自放电率、充放电温度等。

磷酸铁锂动力电池的容量有较大不同，能够分成三类：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。不同类型电池的同类参数也有一些差异。现在运用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池，其参数廓尺度：直径为18mm、高650mm(类型为18650)。

过放电到零电压实验

选用STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压实验。实验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充溢，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：一组寄存7天，另一组寄存30天;寄存到期后再用0.5C充电率充溢，然后用1.0C放电。最终比较两种零电压寄存期不同的不同。

实验的成果是，零电压寄存7天后电池无泄漏，功能杰出，容量为100%;寄存30天后，无泄漏、功能杰出，容量为98%;寄存30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。

这实验阐明该电池即便呈现过放电(甚至到0V)，并寄存一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。

磷酸铁锂电池的特色

经过上述介绍，LiFePO4电池可概括下述特色。

高功率输出：标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电(10S)可达20C；

高温时功能杰出：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、无缺；

即便电池内部或外部受到伤害，电池不焚烧、不爆破、安全性最好；极好的循环寿数，经500次循环，其放电容量仍大于95%；

过放电到零伏也无损坏；可快速充电；低本钱；对环境无污染。

磷酸铁锂动力电池的运用

因为磷酸铁锂动力电池具有上述特色，并且出产出各种不同容量的电池，很快得到广泛地运用。它首要运用范畴有：

大型电动车辆：公交车、电动轿车、景点游览车及混合动力车等；

轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；

电动工具：电钻、电锯、割草机等；

遥控轿车、船、飞机等玩具；

太阳能及风力发电的储能设备；

UPS及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好)；

代替照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池(尺度完全相同)；

小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

这儿举一个用磷酸铁锂动力电池代替铅酸电池的运用实例。选用36V/10Ah(360Wh)的铅酸电池，其分量12kg，充一次电可行走约50km，充电次数约100次，运用时间约1年。若选用磷酸铁锂动力电池，选用同样的360Wh能量(12个10Ah电池串联组成)，其分量约4kg，充电一次可行走80km左右，充电次数可达1000次，运用寿数可达3～5年。虽然说磷酸铁锂动力电池的价格较铅酸电池高得多，但总的经济效果仍是选用磷酸铁锂动力电池更好，并且在运用上更轻便。

电池功能

锂离子动力电池的功能首要取决于正负极资料，磷酸铁锂作为锂电池资料是近几年才呈现的事，国内开宣布大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全功能与循环寿数是其它资料所无法比较的，这些也正是动力电池最重要的技能指标。1C充放循环寿数达2000次。单节电池过充电压30V不焚烧，穿刺不爆破。磷酸铁锂正极资料做出大容量锂离子电池更易串联运用。以满足电动车频繁充放电的需求。具有无毒、无污染、安全功能好、原资料来源广泛、价格便宜，寿数长等长处，是新一代锂离子电池的抱负正极资料。

本项目属于高新技能项目中功能功动力资料的开发，是国家“863”计划、“973”计划和“十一五”高技能工业开展规划要点支撑的范畴。

锂离子电池的正极为磷酸铁锂资料，其安全功能与循环寿数有较大优势，这些也正是动力电池最重要的技能指标之一。1C充放循环寿数可做到2000次，穿刺不爆破，过充时不容易焚烧和爆破。磷酸铁锂正极资料做出大容量锂离子电池更易并串联运用。

科研运用

磷酸铁锂电池

最近，有关新型电池获得进展、有望取代传统锂电池的报导接连不断，让我们看到了手机、平板具有更长续航时间的期望，不过惋惜大部分都停留在实验室研讨阶段，何时甚至能否大规模投入商用都不好说。

在DebochTEC.GmbH发布的磷酸铁锂电池技能白皮书中，在运用复合纳米资料后，单节32650标准(直径32mm/长度65mm)电芯的能量密度能够提升到6000mAh，与当前业界32650标准单节5000mAh的标准比较，同等体积提升了足足1000mAh，也便是20%之多，1节就能给iPhone4S手机反复充电差不多4次。

更令人欣喜的是，在单颗低倍率充放电环境下运用，这种电池在循环运用多达3000次后，电量仍旧坚持在80%左右，而一般锂电池循环充电500次左右就这德行了。依照每3天充放电一次计算，能够连续运用24年之久，是名符其实的长寿电池。

这种新型电池技能能够广泛运用于便携移动电源、小型UPS、笔记本电池、轿车电瓶等各种设备，并且针对不同运用环境，DebochTEC.GmbH还依照循环充电次数的差异运用了不同的电芯颜色：面向军工级的为金色，循环次数为3000次；民用轿车范畴中运用蓝色，2500次；绿色的、2000次的适用于小型便携式移动设备。