关于磷酸铁锂电池的详解

磷酸铁锂电池的全称是磷酸铁锂电池，太长了，叫磷酸铁锂电池。由于其性能特别适合动力应用，所以在名称中加入了“动力”二字，即磷酸铁锂动力电池。有人称之为“锂铁”(LiFe)动力电池。

工作原理

磷酸铁锂电池是指以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中，钴酸锂是目前大多数锂电池使用的正极材料。

意义

钴，金属交易市场(Co)价格昂贵，而且存储容量不多，镍(Ni)、锰(Mn)比较便宜，而铁(Fe)储存量大。正极材料的价格与这些金属的价格一致。因此，使用LiFePO4正极材料制成的锂电池应该相当便宜。它的另一个特点是对环境没有污染。

充电电池的要求是:高容量、高输出电压、良好的充放电循环性能、稳定的输出电压、大电流充放电、电化学稳定性、安全使用(不会因过度充电、过度放电、短路等操作失误而燃烧或爆炸)、温度范围广，无毒或少毒，对环境无污染。选择LiFePO4作为正极的磷酸铁锂电池具有良好的性能要求，尤其是放电率放电(5～10C放电)、放电电压稳定，安全(不燃烧，不爆炸)、寿命(循环次数)、对于环境没有污染，这是真的，是目前的大电流导出动力电池。

结构及工作原理

作为电池的正极，LiFePO4由铝铂与电池的正极连接，中间聚合物的隔膜将正极与负极隔开，但锂离子Li可以通过，而电子e-不能通过，右边是由碳(石墨)组成的电池负极，铜泊与电池的负极连接。电池上下两端之间有电池电解质，电池由金属外壳密封。

LiFePO4电池充电时，正极中的锂离子Li通过高聚物隔膜转移到负极；在放电过程中，负极中的锂离子Li通过隔膜转移到正极。锂离子是以锂离子在充放电过程中来回转移命名的。

主要性能

标称为3.2的LiFePO4电池V、3.6停止充电电压V、2.0停止放电压V。由于每个制造商选择的正负极材料和电解质材料的质量和工艺不同，其性能也会有所不同。例如，同一类型的电池(同一封装的标准电池)在电池容量上有很大的差异(10%～20%)。

这里需要注意的是，不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各种性能参数上会有一些差异；此外，电池内阻、自放电率、充放电温度等部分电池性能尚未纳入。

磷酸铁锂动力电池的容量差异很大，可以分为三类:小零点到几毫安时、中型几十毫安时、大型几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。

零电压过放电试验：

选用STL18650(1100mAh)磷酸铁锂动力电池进行放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率将电池电压放电到0C。然后将放入0V的电池分成两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放期满后，用0.5C充电，然后用1.0C放电。比较两种零电压存放期的差异。

结果表明，零电压储存7天后，电池无泄漏，性能良好，容量为100%。;储存30天后，无渗漏，性能良好，容量98%;储存30天后，电池再进行3次充放电循环，容量恢复到100%。

这个实验表明，即使磷酸铁锂电池放电(甚至到0V)并存放一定时间，电池也不会泄漏或损坏。这是其他类型锂电池所没有的特点。

优势

1、提高安全系数

磷酸铁锂晶体中的P-O键稳定，难以分解。即使在高温或过度充电时，也不会像钴酸锂一样结构坍塌、发热或形成强氧化物，因此具有良好的安全性。有人指出，在操作过程中，针刺或短路实验中发现少数样品燃烧，但没有发生爆炸事故。在过度充电实验中，高压充电使用大大超过其放电电压的数倍，发现仍有爆炸。尽管如此，与普通液体电解液相比，钴酸锂电池的过度充电安全性有了很大的提高。

2、寿命的改进

磷酸铁锂电池是指以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池。

长寿铅酸电池的循环寿命约为300次，也就是500次，而磷酸铁锂动力电池的循环寿命约为2000次，标准充电(5小时率)可达2000次。同等质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维修半年”，多为1~1.5年，而磷酸铁锂电池在同等条件下使用，理论寿命将达到7~8年。充分考虑，理论上性能价格是铅酸电池的4倍以上。大电流放电可以使大电流2C快速充放电。在专用充电器下，1.5C充电时间为40分钟。

3、高温性能好

磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃，锰酸锂和钴酸锂只有200℃左右。温度范围广(-20C-75C)，磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃，锰酸锂和钴酸锂只有200℃左右。

4、大空间

∩充电池经常在没有完成的情况下工作，容量会很快低于额定容量值。这种情况叫做记忆。比如镍氢和镍镉电池是有记忆的，但是磷酸铁锂电池是没有这种现象的。无论电池处于什么状态，都可以随时充电，充电前不需要完成。

5、重量轻

同等规格容量磷酸铁锂电池体积为铅酸电池体积的2/3，重量为铅酸电池的1/3。

6、环保

磷酸铁锂电池一般被认为不含任何重金属和稀有金属(镍氢电池需要稀有金属)、无毒(SGS通过)、无污染、符合欧洲RoHS要求的绿色电池证书。因此，锂电池之所以受到业界的青睐，主要是因为环境保护。因此，该电池被列入“15”期间的“863”中国高科技发展计划，成为国家支持和鼓励发展的重点项目。随着中国加入世贸组织，中国电动自行车的出口将迅速增加，欧美电动自行车需要配置无污染电池。

然而，铅酸电池造成的环境污染主要发生在公司不合规的生产过程和回收阶段。同样，锂电池在新能源行业也是不错的，但也不能避免工业污染的问题。铅、砷、镉、汞、铬等。可以在金属材料的加工中释放到灰尘水中。电池本身就是一种化学物质，所以可能会产生两种污染:一是生产工程中的工艺排泄物污染；二是报废后的电池污染。

磷酸铁锂电池也有其缺陷:如低温性能差、正极材料振动密度小、磷酸铁锂电池容量大于钴酸锂等锂电池，因此在微电池方面没有优势。在动力电池中使用时，磷酸铁锂电池需要面对电池一致性，就像其他电池一样。

缺陷

除了关注其优点之外，一种材料是否具有应用发展前景，更重要的是它是否具有根本性的不足。

目前，磷酸铁锂在中国被广泛用作动力锂离子电池的正极材料。政府、科研机构、公司甚至证券公司等市场分析师对这种材料持乐观态度，并将其作为动力锂离子电池的发展方向。主要有两个原因:一是受美国R&D方向的影响，美国Valence和A123公司早就选择磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料。其次，高温循环和储存特性强的锰酸锂材料尚未在中国制备。然而，磷酸铁锂也存在