来分享关于磷酸铁锂电池一份技术讲解

磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的功能特别适于作动力方面的应用，则在名称中参加“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。

作业原理

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。

含义

金属交易商场，钴(Co)最贵，而且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)存储量较多。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挺便宜的。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、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作为电池的正极，由铝箔与电池正极衔接，中间是聚合物的隔阂，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衔接。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;在放电过程中，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。由于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。例如同一种型号(同一种封装的规范电池)，其电池的容量有较大不同(10%～20%)。

这里要说明的是，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，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。不同类型电池的同类参数也有一些差异。

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。最后比较两种零电压寄存期不同的不同。

实验的结果是，零电压寄存7天后电池无走漏，功能杰出，容量为100%;寄存30天后，无走漏、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%。

这实验说明该磷酸铁锂电池即便呈现过放电(乃至到0V)，并寄存必定时刻，电池也不走漏、损坏。这是其他品种锂离子电池不具有的特性。

优势

1、安全功能的改善

磷酸铁锂晶体中的P-O键安定，难以分解，即便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，因而拥有杰出的安全性。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自身放电电压数倍的高电压充电，发现依然有爆破现象。虽然如此，其过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池，已大有改善。

2、寿数的改善

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，规范充电(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、保护保护又半年”，最多也就1~1.5年时刻，而磷酸铁锂电池在相同条件下运用，理论寿数将到达7~8年。归纳考虑，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。

3、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。

4、大容量

∩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，电池无论处于什么情况，可随充随用，无须先放完再充电。

5、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。

6、环保

磷酸铁锂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规定，为绝对的绿色环保电池证。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，成为国家重点支撑和鼓励开展的项目。跟着中国参加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。

但有专家表明，铅酸电池形成的环境污染，首要发生在企业不规范的出产过程和回收处理环节。同理，锂电池归于新能源行业不错，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，所以有可能会发生两种污染：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，需求面临电池共同性问题。

缺点

一种资料是否具有应用开展潜力，除了关注其长处外，更为要害的是该资料是否具有根本性的缺点。

国内现在遍及选择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、企业乃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：首先是遭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贮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过程中，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处理这一问题。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分，他用terrible来描述，他们对磷酸铁锂型锂离子电池测试结果表明表明磷酸铁锂电池在低温下(0℃以下)无法使电动汽车行驶。虽然也有厂家宣称磷酸锂铁电池在低温下容量保持率还不错，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，设备根本就无法启动作业。

3、资料的制备本钱与电池的制形本钱较高，电池成品率低，共同性差。磷酸铁锂的纳米化和碳包覆虽然提高了资料的电化学功能，可是也带来了其它问题，如能量密度的降低、组本钱钱的提高、电极加工功能不良以及对环境要求严苛等问题。虽然磷酸铁锂中的化学元素Li、Fe与P很丰富，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可以处理这一问题。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。在这一杂乱的反响过程中，很难保证反响的共同性。

5、知识产权问题。现在磷酸铁锂的根底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。这两个根底性专利是无法绕过去的，如果本钱中计算上专利运用费的话，那产品本钱将会进一步提高。

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，而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究上抢先，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，日本选择改性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，使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，联邦政府也是一起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能源汽车等范畴取得广泛应用。如果可以处理锰酸锂存在的高温循环与贮存功能差的难题，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应用将有巨大的潜力。