第一篇：磷酸鐵鋰電池簡介

磷酸鐵鋰電池簡介

一、磷酸鐵鋰電池定義

磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。

鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料，而其它正極材料由于多種原因，目前在市場上還沒有大量生產。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。

磷酸鐵鋰由于具有安全性與循環壽命優勢、材料成本的誘惑，正在逐步進入鋰離子動力電池市場。

二、磷酸鐵鋰正極材料

1997年A.K.Padhi首次報導磷酸鐵鋰（LiFePO4）具有脫嵌鋰功能。該材料具有橄欖石型磷酸鹽類嵌鋰材料,LiMPO4（M：Mn，Fe，Co，Ni）, 成為很有潛力的鋰離子電池正極材料。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池用正極材料具有良好的電化學性能，充放電平臺十分平穩，充放電過程中結構穩定。同時，該材料無毒、無污染、安全性能好、可在高溫環境下使用、原材料來源廣泛等優點，是目前電池界競相開發研究的熱點。

該材料具有發上圖所示的晶體結構。

工作電壓范圍：2.5～3.6V，平臺約3.3V，比鈷酸鋰電池3.7V低一些。由于該材料導電性差，需往磷酸鐵鋰顆粒內部摻入導電碳材料或導電金屬微粒，或者往磷酸鐵鋰顆粒表面包覆導電碳材料，提高材料的電子電導率；或摻雜金屬離子來提高導電性。這樣材料的密度低，做成電池的體積比容量低，只有180Wh/L（鈷酸鋰可做到400Wh/L以上），在小電池領域，同樣尺寸電池只有現有電池容量的一半不到。

三、磷酸鐵鋰電池及其優缺點

磷酸鐵鋰的優點：

1、安全。磷酸鐵鋰的安全性能是目前所有的材料中最好的。當然它和其它磷酸鹽的安全性能也基本一樣，用磷酸鐵鋰做電池，絕對不用擔心爆炸問題的存在。

2、穩定性高。包括高溫充電的容量穩定性好，儲存性能好等。這點是最大的優點，在所有知道的材料中，也是最好的。

3、環保。整個生產過程清潔無毒。所有原料都無毒。不像鈷是有毒的物質。

4、價格便宜。磷酸鹽采用磷酸源和鋰源以及鐵源為材料，這些材料都十分便宜，無戰略資源及稀有資源。

磷酸鐵鋰的缺點：

1、導電性差。這個問題是其最關鍵的問題。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大范圍的應用，這是一個主要的問題。但是，這個問題目前已經可以得到完美的解決：就是添加C或其它導電劑。實驗室報道可以達到160mAh/g以上的比容量。我們公司生產的磷酸鐵鋰材料在生產過程中已經添加了導電劑，不需要制作電池時添加。實際上材料應該為：LiFePO4/C，這樣一個復合材料。

2、振實密度較低。一般只能達到1.3-1.5，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰的最大缺點。這一缺點決定了它在小型電池如手機電池等沒有優勢。即使它的成本低，安全性能好，穩定性好，循環次數高，但如果體積太大，也只能小量的取代鈷酸鋰。這一缺點在動力電池方面不會突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來制作動力電池。

3、目前研究開發還不深入。目前以磷酸鐵鋰作為正極材料的產業化情況并不樂觀。因為還是最近兩年發展起來的，所以各方面的研究還需要繼續深入。

四、其它

在動力電池領域，由于鈷酸鋰的安全問題和高昂的價格，使其一直在動力電池門外徘徊，始終沒有完全進入動力電池領域。現在的情況是鈷酸鋰和錳酸鋰小批量配合使用，但是由于其固有的缺陷，使得其始終沒有大批量的進行商業化運作，產品只是在小批量試生產階段，目前大規模的商業化運作還有一些難以克服的困難。在動力電池領域磷酸基正極材料依其超長的循環壽命，極好的安全性能，較好的高溫性能，極其低廉的價格，而且低溫性能和倍率放電已經可以達到鈷酸鋰的水平等，使其成為最有希望的動力電池材料，其在未來的5年內可能會成鎳鎘電池的主要替代品，在未來的10年內會成為鉛酸電池的有力競爭者，在未來的20年內可能會取代鉛酸電池，成為主要的啟動電源、UPS電源和后備電源，成為二次電池的老大。

現在磷酸鐵鋰最主要的問題是容量偏低, 制造成本偏高,在電池生產上加工困難(制漿,拉漿,輥軋等工序都需要特殊處理,很多企業不能很好的處理)倍率放電不穩定(需要特定的電池工藝配合,受工藝影響很大)而現在電器的使用趨勢是小巧型發展,所以對電池也有同樣的要求高體積能量密度.從容量上看磷酸鐵鋰沒有前途,在特定的電池領域使用較有優勢，如動力電池。

磷酸鐵鋰振實密度比較低,比表面積很大,需要改變電池先行工藝,而且電池極片的面密度低所以同樣型號的電池容量更低。

電解液也需重新開發適用的電解液體系，用現有的成熟電解液難發揮其性能。

另外，由于磷酸鐵鋰電池的工作電壓范圍在2.5～3.6V，平臺為3.3V左右，沒有批量配套的保護線路和充電器，較難在現有的電子設備上發揮出其特性，需要一個整體的行業整合。

產業化方面：

國外做得較早的為是美國Valence（威能）公司和A123（高博）公司，這兩家公司都在國內（江蘇）有材料生產企業生產磷酸鐵鋰正極材料，然后采用委托其它電池公司代工生產電池出口。

國內目前已經有很多公司在作測試，研究，小批量試產材料，北大先行，中輝振宇，山西力之源等比較活躍，湖南瑞祥與杉杉公司也在跟進。批量生產電池的企業尚不多，山東海霸能源集團公司宣傳較多，有產品上市。

第二篇：磷酸鐵鋰電池知識

磷酸鐵鋰電池知識大全

磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料，而其它正極材料由于多種原因，目前在市場上還沒有大量生產。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。磷酸鐵鋰電池是用來做鋰離子二次電池的，現在主要方向是動力電池，相對NI-H、Ni-Cd電池有很大優勢。磷酸鐵鋰電池充放電效率，相對高一些。在 88%-90%之間。而鉛酸電池約為80%。

磷酸鐵鋰電極材料主要用于各種鋰離子電池，自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A為堿金屬，M為CoFe兩者之組合:LiFeCOPO4)的橄欖石結構的鋰電池正極材料之后, 1997年美國德克薩斯州立大學研究群也接著報導了LiFePO4的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國與日本不約而同地發表橄欖石結構(LiMPO4), 使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發展。與傳統的鋰離子二次電池正極材料，尖晶石結構的LiMn2O4和層狀結構的LiCoO2相比，LiMPO4 的原物料來源更廣泛、價格更低廉且無環境污染。

磷酸鐵鋰電池*構造

正極：正極物質在磷酸鐵鋰離子蓄電池中以磷酸鐵鋰(LiFePO4)為主要原料;

負極： 負極活性物質是由碳材料與粘合劑的混合物再加上有機溶劑調和制成糊狀，并涂覆在銅基體上，呈薄層狀分布;

隔膜板： 稱為隔板或稱隔離膜片，其功能起到關閉或阻斷通道的作用，一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜。所謂關閉或阻斷功能是電 池出現異常溫度上升時阻塞或阻斷作為離子通道的細孔，使蓄電池停止充放電反應。隔膜板可以有效防止因內、外部短路等引起的過大電 流而使電池產生異常發熱現象。

PTC 元件：在磷酸鐵鋰電池蓋帽內部，當內部溫度上升到一定溫度時或電流增大到一定控制值時，PTC 就起到了溫度保險絲和過流保險的 作用，會自動拉斷或斷開，從而形成內部斷路。這樣電池內部停止了 工作反應，溫度降下來。保證了電池的安全使用(雙重保險)。

安全閥：為了確保磷酸鐵鋰電池的使用安全性，一般通過對外部電路 的控制或者在磷酸鐵鋰電池內部設有異常電流切斷的安全裝置。即使 這樣，在使用過程中也有可能其他原因引起磷酸鐵鋰電池內壓異常上 升，這樣，安全閥釋放氣體，以防止蓄電池破裂或爆開。安全閥實際 上是一次性非修復式的破裂膜，一旦進入工作狀態，保護蓄電池使其 停止工作，因此是蓄電池的最后的保護手段。

磷酸鐵鋰電池*原理

電池充電時，正極材料中的鋰離子脫出來，經過電解液，穿過隔膜進入到負極材料中;電池放電時，鋰離子又從負極中脫出來，經過電解液，穿過隔膜回到正極材料中。(注：鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的，所以鋰離子電池又稱“搖椅電池”

磷酸鐵鋰電池*優勢

磷酸鐵鋰動力電池七大優勢:

一、超長壽命，長壽命鉛酸電池的循環壽命在300次左右，最高也就500次，而山東海霸能源集團有限公司生產的磷酸鐵鋰動力電池，循環壽命達到2000次以上，標準充電(5小時率)使用，可達到2000次。同質量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就1—1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，將達到7-8年。綜合考慮，性能價格比將為鉛酸電池的4倍以上。

二、使用安全，磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強烈的碰撞下會產生爆炸對消費者的生命安全構成威脅，而磷酸鐵鋰以經過嚴格的安全測試即使在最惡劣的交通事故中也不會產生爆炸。

三、可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內即可使電池充滿，起動電流可達2C,而鉛酸電池現在無此性能。

四、耐高溫，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。

五、大容量。

具有比普通電池(鉛酸等)更大的容量。5AH-1000AH(單體)

六、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。

七、綠色環保。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(SGS認證通過)，無污染，符合歐洲RoHS規定，為絕對的綠色環保電池證。鉛酸電池中卻存在著大量的鉛，在其廢棄后若處理不當，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。隨著中國加入WTO，中國電動自行車的出口量將迅速增大，而現在進入歐美的電動自行車已要求配備無污染電池.可見與傳統電池相比，磷酸鐵鋰電池只在價格方面處于一定劣勢，其他各項指標明顯占據優勢。但如果考慮電池壽命，磷酸鐵鋰電池的價格卻是最低的。磷酸鐵鋰除了振實密度、克容量兩個指標略有不足，其他各項指標均占很大優勢，尤其是在循環性能、環保性、安全性能、原料成本及應用領域方

磷酸鐵鋰電池*劣勢

磷酸鐵鋰電池也有其缺點：例如低溫性能差，正極材料振實密度小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優勢。而用于動力電池時，磷酸鐵鋰電池和其他電池一樣，需要面對電池一致性問題，以下具體分析：

1、導電性差、鋰離子擴散速度慢。高倍率充放電時，實際比容量低，這個問題是制約磷酸鐵鋰產業發展的一個難點。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大范圍的應用，這是一個主要的問題。

2、振實密度較低。一般只能達到0.8-1.3，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰的很大缺點，這決定了它在小型電池如手機電池等沒有優勢，所以其使用范圍受到一定程度的限制。即使它的成本低，安全性能好，穩定性好，循環次數高，但如果體積太大，也只能小量的取代鈷酸鋰。但這一缺點在動力電池方面不會突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來制作動力電池。

3、一致性問題嚴重。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過2000次，但是制作出來的電池一致性不佳，進而影響到電池組的使用性能和整體壽命，因此應用在動力汽車上存在一定障礙。

4、磷酸鐵鋰電池低溫性能差。磷酸鐵鋰材料的固有特點，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯，其0℃時的容量保持率約 60～70%，-10℃時為40～55%，-20℃時為20～40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。

5、制造成本高。磷酸鐵鋰具有安全性、環保性、循環次數高等優點是毋庸置疑的，但目前的制造成本相對鉛酸電池、錳酸鋰電池要高，其主要原因是：

1)材料物理性能和其他鋰電材料相差較大，其粒度小，振實密度小，比表面積大，材料的加工性能不好，涂敷量低，導致電池成本增加;

2)磷酸鐵鋰電池只有 3.2V，比其他的鋰電低20%左右，單體電池要多用20%，導致電池組成本上升較多。

隨著技術的發展，磷酸鐵鋰材料上的這些缺點正在逐步得到解決，其性價比也逐步得到提高，應用范圍也逐漸擴大，我們相信，磷酸鐵鋰電池技術已經進入一個飛速發展階段，正在帶動整個產業從市場的培育導入期進入一個高速增長階段。

磷酸鐵鋰電池*性能及應用

電動車動力電池主要有四種：鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰動力電池，其中，前三種電池由于電池壽命短，并沒有被廣泛使用，未來將會逐漸退出歷史舞臺。鋰動力電池雖然性能優勢明顯，但是因為所用電極材料體系不同，致使其性能又有著千差萬別，研究較為成熟的正級材料鈷酸鋰，由于其安全性較差，基本上不具備制作大容量高功率動力電池的可能性。

而磷酸鐵鋰電池，具有循環壽命長、結構穩定、安全性能好、成本低廉等諸多優勢，并且磷酸鐵鋰材料無任何有毒有害物質，不會對環境構成任何污染，被世界公認為綠色環保電池材料。國內外電池技術研究專家普遍指出，磷酸鐵鋰電池作為動力型電源，必將成為鉛酸、鎳氫及錳、鈷等系列電池最有前景的替代品。

正是因為相對其他幾種電池，磷酸鐵鋰電池具有無可比擬的優越性，國內外車企都看到了磷酸鐵鋰電池的應運潛力，紛紛將磷酸鐵鋰電池應用于電動車中。磷酸鐵鋰的研發開始時間，國內外幾乎同步，而量產速度中國甚至超過海外。據了解，截止2011年，比亞迪作為全球最先實現磷酸鐵鋰電池產業化的車企之一，已在惠州市已經投資總計12.01億元資金，用于磷酸鐵鋰電池基地建設，并最先將磷酸鐵鋰電動車投放市場，使電池的性能優勢得到了充分證明。國家電網上海公司負責人評價說：“與其他電動車企業相比，比亞迪的電動車運行最穩定，運行效率也最高。”

鋰離子動力電池的性能主要取決于正負極材料，磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現的事，國內開發出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標。1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。

本項目屬于高新技術項目中功能性能源材料的開發，是國家“863”計劃、“973”計劃和“十一五”高技術產業發展規劃重點支持的領域。

鋰離子電池的正極為磷酸鐵鋰材料，其安全性能與循環壽命有較大優勢，這些也正是動力電池最重要的技術指標之一。1C充放循環壽命可做到2000次，穿刺不爆炸，過充時不容易燃燒和爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易并串聯使用。

磷酸鐵鋰電池*電池安全問題

磷酸鐵鋰電池同樣有危險性。因為，磷酸鐵鋰也是一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。

而鋰的化學性質非常活潑，很容易燃燒，當電池充放電時，電池內部持續升溫，活化過程中所產生的氣體膨脹，電池內壓加大，壓力達到一定程度，如外殼有傷痕，即會破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。

從技術理論來看，磷酸鐵鋰電池，對電池的，起火，爆炸，等危險性有小部分的改善，但很不徹底，危險性一樣突出。

在各種情況下，電池，外部短路，內部短路，過充。電池，都存在發生危險的可能。

磷酸鐵鋰電池*使用常識

一、鋰離子電池充電

1、對鋰離子電池充電，應使用專用的鋰離子電池充電器。

2、鋰離子電池充電采用“恒流/恒壓”方式。

3、充電電壓：最大充電電壓是4.2V*n(n：串聯電池數)

4、充電電流：推薦的充電電流0.5C(如標稱容量為1500mAh的電池，充電電流0.5*1500=750mAh)

5、充電溫度：電池應在0°C—45°C范圍內進行充電。

二、鋰離子電池放電

1、放電電流：放電電流應該在1.0C或更小。(如果您希望用大于1.0C的電流對電池放電，請與我們聯系)

2、放電溫度：電池應在-20°C到+60°C溫度范圍內進行放電(工作)。

3、放電終止電壓：電池的放電終止電壓不應小于2.5V*n(n：串聯電池數)。電池過放會使電池壽命縮短，嚴重時會導致電池失效。

磷酸鐵鋰電池*儲存方法

電池可貯存在環境溫度為-5°C—35°C，相對濕度不大于75%的清潔、干燥、通風的室內，應避免與腐蝕性物質接觸，遠離火源及熱源。電池電量保持標稱容量的30%到50%。推薦貯存的電池每6個月充電一次。

磷酸鐵鋰電池*市場剖析

磷酸鐵鋰原料

磷酸鐵鋰材料原料行業屬于資源性行業，全球各地的鋰資源基本已為各大公司圈地所占，我們認為在鋰資源行業對風險投資已經失去戰略性進入的價值。磷源化合物屬于傳統的化工消耗品，已經具有非常成熟的供應商。相對而言，高質量的鐵源化合物國內暫無占有絕對優勢的供應商，存在一定的投資機會，投資者可以關注深圳碩田科技，合肥亞龍等在這一領域領先的企業。

國內磷酸鐵鋰正極材料廠商情況

目前國際上磷酸鐵鋰材料知名的廠商主要是美國A123、加拿大的Phostech以及美國Valence。這些廠商都已經發展出十分成熟的量產技術，其中最大的產能5000噸/年以上。中國企業從2001年就陸續啟動磷酸鐵鋰材料開發，歷經6年時間，北大先行終在2007年突破了磷酸鐵鋰從實驗室技術到中試生產技術的一系列技術及工程問題，并在完善相關工藝過程中，使得磷酸鐵鋰電池的安全性得到了較大程度的提高與保證，奠定了磷酸鐵鋰產品系列化和規模產業化的基礎。總體來看，國內對磷酸鐵鋰的技術研發水平及產業化程度與國際基本同步。在產能方面中國的材料供應商與國外大廠差不多，售價比國外要低，但材料加工性能和穩定性略遜一籌。現階段全國約有50多家電池材料生產廠商，其中真正進入工業化批量生產的僅有天津斯特蘭、北大先行、蘇州恒正等十余家。雖然真正具備供貨能力的企業為數不多，但表明中國企業抓住了此次鋰電池發展機遇，使中國鋰電在動力電池的產業化走在世界前列。可以看出，國內所有磷酸鐵鋰材料廠家的產品均各有優缺點，沒有一家廠家在技術上絕對的優勢，也未有廠家能大規模的量產。

鋰電池電解液廠家情況

綜合來說，鋰電池電解液是個需求量大，毛利率較高的部分，具有巨大的投資價值，現階段國內市場上，江蘇國泰華榮、珠海賽緯電子、天津金牛等公司具有一定的優勢。國泰華榮是江蘇國泰控股的一家以有機硅材料、鋰電池材料為發展方向的國家重點高新技術企業。公司裝備技術、生產規模、技術水平和市場占有率在國內均處于領先地位。其電解液產品包括一次鋰電池電解液、二次鋰離子電池電解液、動力電池電解液和超級電容器電解液等。2008年公司電解液年產能達到3000噸，產能在國內排名第一，占國內30%市場份額，在全球排名第五位。

第三篇：磷酸鐵鋰電池優缺點

磷酸鐵鋰電池的優點

通過上述介紹，LiFePO4電池可歸納下述特點。

1.高效率輸出：標準放電為2～5C、連續高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電（10S）可達20C；

2.高溫時性能良好：外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃，電池放電結束時溫度可達160℃，電池的結構安全、完好；

3.即使電池內部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；

4.極好的循環壽命，經500次循環，其放電容量仍大于95%；

5.過放電到零伏也無損壞；

6.可快速充電；

7.大容量、低成本；

8.對環境無污染。

磷酸鐵鋰電池的缺點

1.電池體積較大

2.產品一致性差。

3.制造成本較高

4.低溫環境下，電池容量有較大幅度下降-20°時電池容量不足40%

第四篇：關于磷酸鐵鋰電池的知識

關于磷酸鐵鋰電池的知識

導讀：鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。

磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。

1.介紹

磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，一個主要用途是用作動力電池，相對NI-MH、Ni-Cd電池有很大優勢。

磷酸鐵鋰電池充放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達90%以上。而鉛酸電池約為80%。

2.八大優勢

安全性能的改善

磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質，因此擁有良好的安全性。有報告指出，實際操作中針刺或短路實驗中發現有小部分樣品出現燃燒現象，但未出現一例爆炸事件，而過充實驗中使用大大

231.降低電池內阻，抑制充放電循環過程中的動態內阻增幅； 2.顯著提高電池組的一致性，降低電池組成本；

3.提高活性材料和集流體的粘接附著力，降低極片制造成本； 4.減小極化，提高倍率性能，減低熱效應； 5.防止電解液對集流體的腐蝕； 6.綜合因子進而延長電池使用壽命。7.涂層厚度：常規單面厚1～3μm。

日本和韓國近幾年主要開發以改性錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰三元材料為正極材料的動力型鋰離子電池，如豐田和松下合資成立的Panasonic EV能源公司、日立、索尼、新神戶電機、NEC、三洋電機、三星以及LG等。美國主要開發以磷酸鐵鋰為正極材料的動力型鋰離子電池，如A123系統公司、Valence公司，但美國的主要汽車廠家在其PHEV與EV中卻選擇錳基正極材料體系動力型鋰離子電池，并且據說美國A123公司在考慮進軍錳酸鋰材料領域，而德國等歐洲國家主要采取和其它國家電池公司合作的方式發展電動汽車，如戴姆勒奔馳和法國Saft聯盟、德國大眾與日本三洋協議合作等。目前德國的大眾汽車和法國的雷諾汽車在本國政府的支持下也正在研發和生產動力型鋰離子電池。

3.缺點

一種材料是否具有應用發展潛力，除了關注其優點外，更為關鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。

國內現在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料，從政府、科研機構、企業甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料，將其作為動力型鋰離子電池的發展方向。分析其原因，主要有下列兩點：首先是受到美國研發方向的影響，美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國內一直沒有制備出可供動力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環與儲存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷，歸結起來主要有以下幾點：

1、在磷酸鐵鋰制備時的燒結過程中，氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質鐵的可能性。單質鐵會引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質。這也是日本一直不將該材料作為動力型鋰離子電池正極材料的主要原因。

2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，如振實密度與壓實密度很低，導致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。美國阿貢國家實驗室儲能系統中心主任Don Hillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時候，他用terrible來形容，他們對磷酸鐵鋰型鋰離子電池測試結果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下(0℃以下)無法使電動汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯，但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在這種狀況下，設備根本就無法啟動工作。

3、材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學性能，但是

酸鋰存在的高溫循環與儲存性能差的難題，憑借其低成本與高倍率性能的優勢，在動力型鋰離子電池中的應用將有巨大的潛力。4.工作原理與特點磷酸鐵鋰電池的全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池，這名字太長，簡稱為磷酸鐵鋰電池。由于它的性能特別適于作動力方面的應用，則在名稱中加入“動力”兩字，即磷酸鐵鋰動力電池。也有人把它稱為“鋰鐵(LiFe)動力電池”。

意義

金屬交易市場，鈷(Co)最貴，并且存儲量不多，鎳(Ni)、錳(Mn)較便宜，而鐵(Fe)最便宜。正極材料的價格也與這些金屬的價格行情一致。因此，采用LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應是最便宜的。它的另一個特點是對環境無污染。

作為充電電池的要求是：容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環性能、輸出電壓穩定、能大電流充放電、電化學穩定性能、使用中安全(不會因過充電、過放電及短路等操作不當而引起燃燒或爆炸)、工作溫度范圍寬、無毒或少毒、對環境無污染。采用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰電池在這些性能要求上都不錯，特別在大放電率放電(5～10C放電)、放電電壓平穩上、安全上(不燃燒、不爆炸)、壽命上(循環次數)、對環境無污染上，它是最好的，是目前最好的大電流輸出動力電池。

結構與工作原理

LiFePO4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

9磷酸鐵鋰動力電池的應用

由于磷酸鐵鋰動力電池具有上述特點，并且生產出各種不同容量的電池，很快得到廣泛地應用。它主要應用領域有：

大型電動車輛：公交車、電動汽車、景點游覽車及混合動力車等； 輕型電動車：電動自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅等；

電動工具：電鉆、電鋸、割草機等； 遙控汽車、船、飛機等玩具； 太陽能及風力發電的儲能設備；

UPS及應急燈、警示燈及礦燈(安全性最好)；

替代照相機中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池(尺寸完全相同)；

小型醫療儀器設備及便攜式儀器等。

這里舉一個用磷酸鐵鋰動力電池替代鉛酸電池的應用實例。采用36V/10Ah(360Wh)的鉛酸電池，其重量12kg，充一次電可行走約50km，充電次數約100次，使用時間約1年。若采用磷酸鐵鋰動力電池，采用同樣的360Wh能量(12個10Ah電池串聯組成)，其重量約4kg，充電一次可行走80km左右，充電次數可達1000次，使用壽命可達3～5年。雖然說磷酸鐵鋰動力電池的價格較鉛酸電池高得多，但總的經濟效果還是采用磷酸鐵鋰動力電池更好，并且在使用上更輕便。

5.電池性能

鋰離子動力電池的性能主要取決于正負極材料，磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現的事，國內開發出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標。1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。

本項目屬于高新技術項目中功能性能源材料的開發，是國家“863”計劃、“973”計劃和“十一五”高技術產業發展規劃重點支持的領域。鋰離子電池的正極為磷酸鐵鋰材料，其安全性能與循環壽命有較大優勢，這些也正是動力電池最重要的技術指標之一。1C充放循環壽命可做到2000次，穿刺不爆炸，過充時不容易燃燒和爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易并串聯使用。

6.科研應用

磷酸鐵鋰電池

最近，有關新型電池取得進展、有望取代傳統鋰電池的報道接連不，讓我們看到了手機、平板擁有更長續航時間的希望，不過可惜大部分都停留在實驗室研究階段，何時乃至能否大規模投入商用都不好說。2012年8月，新能源公司Deboch TEC.GmbH又帶來了一種更接近現實的新能源技術：含鐵的鋰電池。

Deboch TEC.GmbH公布的磷酸鐵鋰電池技術白皮書顯示，在使用復合納米材料后，單節32650規格(直徑32mm/長度65mm)電芯的能量密度能夠提升到6000mAh，與當前業界32650規格單節5000mAh的規格相比，同等體積提升了足足1000mAh，也就是20%之多，1節就能給iPhone 4S手機反復充電差不多4次。

更令人欣喜的是，在單顆低倍率充放電環境下使用，這種電池在循環使用多達3000次后，電量依舊保持在80%左右，而普通鋰電池循環充電500次左右就這德行了。按照每3天充放電一次計算，可以連續使用24年之久，是名符其實的長壽電池。

這種新型電池技術可以廣泛應用于便攜移動電源、小型UPS、筆記本電池、汽車電瓶等各種設備，而且針對不同使用環境，Deboch TEC.GmbH還按照循環充電次數的差異使用了不同的電芯顏色：面向軍工級的為金色，循環次數為3000次；民用汽車領域中使用藍色，2500次；綠色的、2000次的適用于小型便攜式移動設備。

第五篇：磷酸鐵鋰電池的結構和工作原理

磷酸鐵鋰電池的結構和工作原理

一、磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰電極材料主要用于各種鋰離子電池，自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A為堿金屬，M為CoFe兩者之組合:LiFeCOPO4)的橄欖石結構的鋰電池正極材料之后, 1997年美國德克薩斯州立大學研究群也接著報導了LiFePO4的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國與日本不約而同地發表橄欖石結構(LiMPO4), 使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發展。與傳統的鋰離子二次電池正極材料，尖晶石結構的LiMn2O4和層狀結構的LiCoO2相比，LiMPO4 的原物料來源更廣泛、價格更低廉且無環境污染。

二、磷酸鐵鋰電池原理和特點

電池一般包括：正極、負極、電解質、隔膜、正極引線、負極引線、中心端子、絕緣材料、安全閥、密封圈、PTC（正溫度控制端子）、電池殼等。其中正極材料、負極材料、電解質以及隔膜的不同或者工藝的不同，對電池的性能和價格有著決定性的影響。

通常所稱的鋰電池，是以各種含鋰材料為正極材料的電池，目前市場上的鋰離子電池正極材料主要是鈷酸鋰（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。磷酸鐵鋰電池是用磷酸鐵鋰（LiFePO4，簡稱LFP）材料作電池正極的鋰離子電池，其內部結構如圖一所示：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、鋁塑復合膜或塑料殼密閉封裝。

LiFePO4電池的工作原理是：電池充電時，正極材料中的鋰離子脫出來，經過電解液，穿過隔膜進入到負極材料中；電池放電時，鋰離子又從負極中脫出來，經過電解液，穿過隔膜回到正極材料中。（注：鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的，所以鋰離子電池又稱“搖椅電池”）

2、磷酸鐵鋰電池的性能與特點 2.1 磷酸鐵鋰電池的優勢

一、超長壽命：長壽命鉛酸電池的循環壽命在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力電池在室溫下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。

二、安全性高：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。磷酸鐵鋰電池在高溫下的穩定性可達400以上，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。

三、環保且不需要稀有金屬：磷酸鐵鋰電池不含任何（鋰之外）重金屬或者稀有金屬，無毒（SGS認證通過），無污染，符合歐洲RoHS規定，為環保電池。

四、充電速度快，自放電少，無記憶效應：磷酸鐵鋰電池可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，2C充電30分鐘內即可使電池充滿95%，起動電流可達2C，而鉛酸電池現在無此性能。

五、體積小，重量輕：商品設計可輕量化，體積是相同容量鉛酸電池的2/3，也較鎳氫電池體積小；重量是相同容量鉛酸電池的1/3，鎳氫電池的2/3左右；

六、電池單體電壓高，放電平臺穩定：為3.2V，串聯少，電池組可靠性高；電池組可靠性高，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；

綜上可知，磷酸鐵鋰電池相對傳統電池和其它鋰電池，具有自身明顯的優勢，表1和表2對其性能和傳統電池及鋰電池進行比較

可見與傳統電池相比，磷酸鐵鋰電池只在價格方面處于一定劣勢，其他各項指標明顯占據優勢。但如果考慮電池壽命，磷酸鐵鋰電池的價格卻是最低的。

磷酸鐵鋰除了振實密度、克容量兩個指標略有不足，其他各項指標均占很大優勢，尤其是在循環性能、環保性、安全性能、原料成本及應用領域方面。

2.2 磷酸鐵鋰電池的劣勢

1、導電性差、鋰離子擴散速度慢。高倍率充放電時，實際比容量低，這個問題是制約磷酸鐵鋰產業發展的一個難點。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大范圍的應用，這是一個主要的問題。

2、振實密度較低。一般只能達到0.8-1.3，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰的很大缺點，這決定了它在小型電池如手機電池等沒有優勢，所以其使用范圍受到一定程度的限制。即使它的成本低，安全性能好，穩定性好，循環次數高，但如果體積太大，也只能小量的取代鈷酸鋰。但這一缺點在動力電池方面不會突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來制作動力電池。

3、一致性問題嚴重。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過2000次，但是制作出來的電池一致性不佳，進而影響到電池組的使用性能和整體壽命，因此應用在動力汽車上存在一定障礙。

4、磷酸鐵鋰電池低溫性能差。磷酸鐵鋰材料的固有特點，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯，其0℃時的容量保持率約 60～70%，-10℃時為40～55%，-20℃時為20～40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。

5、制造成本高。磷酸鐵鋰具有安全性、環保性、循環次數高等優點是毋庸置疑的，但目前的制造成本相對鉛酸電池、錳酸鋰電池要高，其主要原因是：1）材料物理性能和其他鋰電材料相差較大，其粒度小，振實密度小，比表面積大，材料的加工性能不好，涂敷量低，導致電池成本增加；2）磷酸鐵鋰電池只有 3.2V，比其他的鋰電低20%左右，單體電池要多用20%，導致電池組成本上升較多。

隨著技術的發展，磷酸鐵鋰材料上的這些缺點正在逐步得到解決，其性價比也逐步得到提高，應用范圍也逐漸擴大，我們相信，磷酸鐵鋰電池技術已經進入一個飛速發展階段，正在帶動整個產業從市場的培育導入期進入一個高速增長階段。

三、磷酸鐵鋰電池產業鏈剖析 3.1 磷酸鐵鋰電池產業鏈結構

表3詳細的例舉了磷酸鐵鋰電池產業鏈上各環節利潤率情況及代表廠商

3.2 磷酸鐵鋰原料

磷酸鐵鋰材料原料行業屬于資源性行業，全球各地的鋰資源基本已為各大公司圈地所占，我們認為在鋰資源行業對風險投資已經失去戰略性進入的價值。磷源化合物屬于傳統的化工消耗品，已經具有非常成熟的供應商。相對而言，高質量的鐵源化合物國內暫無占有絕對優勢的供應商，存在一定的投資機會，投資者可以關注深圳碩田科技，合肥亞龍等在這一領域領先的企業。

3.3 國內磷酸鐵鋰正極材料廠商情況

目前國際上磷酸鐵鋰材料知名的廠商主要是美國A123、加拿大的Phostech以及美國Valence。這些廠商都已經發展出十分成熟的量產技術，其中最大的產能5000噸/年以上。中國企業從2001年就陸續啟動磷酸鐵鋰材料開發，歷經6年時間，北大先行終在2007年突破了磷酸鐵鋰從實驗室技術到中試生產技術的一系列技術及工程問題，并在完善相關工藝過程中，使得磷酸鐵鋰電池的安全性得到了較大程度的提高與保證，奠定了磷酸鐵鋰產品系列化和規模產業化的基礎。總體來看，國內對磷酸鐵鋰的技術研發水平及產業化程度與國際基本同步。在產能方面中國的材料供應商與國外大廠差不多，售價比國外要低，但材料加工性能和穩定性略遜一籌。現階段全國約有50多家電池材料生產廠商，其中真正進入工業化批量生產的僅有天津斯特蘭、北大先行、蘇州恒正等十余家。雖然真正具備供貨能力的企業為數不多，但表明中國企業抓住了此次鋰電池發展機遇，使中國鋰電在動力電池的產業化走在世界前列。表4詳細的列舉了國內前10位的 LFP材料企業及其發展情況

可以看出，國內所有磷酸鐵鋰材料廠家的產品均各有優缺點，沒有一家廠家在技術上絕對的優勢，也未有廠家能大規模的量產。

3.4 負極材料廠家情況

負極材料的平均毛利率大概在20-30%之間，屬于整個新能源電池行業毛利率偏低的領域，這和這個領域技術比較成熟，供貨廠家較多有關。在這一領域有兩家廠商值得關注：深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司和上海杉杉科技有限公司。

深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司開發的“高能量低密度鋰離子電池負極材料（BTR-158-B）”新產品榮獲廣東省重點新產品稱號。根據日本IIT咨詢公司鋰電池相關研究報告，2008年貝特瑞在全球負極材料行業市場占有率為11%，排名第三位，僅次于日 4 本的日立化成（Hitachi Chemical）和精工碳素（Nippon Carbon），在中國市場的占有率則排名第一，2008年市場供貨量達到2360噸，主要客戶為力神、ATL、比克和A123。

上海杉杉科技有限公司是由杉杉集團與寧波杉杉股份[16.85 0.90%]有限公司共同投資組建。現主營鋰離子電池炭負極材料---中間相炭微球（簡稱CMS）、改性人造石墨微粉（簡稱CMP）的生產和銷售，年產能達到1200噸。根據日本IIT咨詢公司報告，上海杉杉2008年負極材料實際供貨量達到1650噸，市場占有率位列第6名，主要客戶為BYD、力神、ATL及比克。

3.5 隔膜廠家情況

隔膜屬于技術含量高，投資較大的產業，現階段國內在隔膜技術上尚未形成突破，高端主要以進口為主，導致隔膜價格高昂，但是對企業來說可以享受較高的毛利。國內在隔膜領域有一定技術積累和規模的企業是深圳的星源材質和金輝高科。

深圳市星源材質是專業從事微孔隔膜研發、生產和銷售的高新科技企業。公司承擔兩項國家863開發項目；四項科研成果通過鑒定；申請專利34項；鋰電池隔膜生產技術處于國內領先地位。目前，公司擁有干法生產線兩條，濕法生產線一條，可以生產12μm到40μm不同規格的鋰電池隔膜，其中干法生產線于 2008年1月啟動，總投資人民幣4788萬元，年產能1000萬平方米，該生產線于2008年9月正式投產，成為我國具有國際水平的干法生產鋰電池隔膜的第一家。此外，年設計生產能力5000萬平方米的鋰電池隔膜生產基地正在建設之中。公司先后被評為國家火炬計劃重點企業，深圳市民營領軍骨干企業，最近又被福布斯評為09年最有潛力企業。

佛山市金輝高科光電材料有限公司由佛塑股份與BYD共同出資281萬美元組建，其中佛塑股份占55%股權；BYD占45%股權，經營范圍包括離子滲透微孔薄膜、功能性聚合物膜片、絕緣薄膜、各種用途半透膜等環保用有機膜類制品，擁有特種電池用離子滲析微孔薄膜生產能力756萬平方米/ 年。根據佛塑股份最新公告：預計金輝高科2008年實現營業收入7592萬元，凈利潤3585萬元。

3.6 鋰電池電解液廠家情況

綜合來說，鋰電池電解液是個需求量大，毛利率較高的部分，具有巨大的投資價值，現階段國內市場上，江蘇國泰華榮、珠海賽緯電子、天津金牛等公司具有一定的優勢。

國泰華榮是江蘇國泰控股的一家以有機硅材料、鋰電池材料為發展方向的國家重點高新技術企業。公司裝備技術、生產規模、技術水平和市場占有率在國內均處于領先地位。其電解液產品包括一次鋰電池電解液、二次鋰離子電池電解液、動力電池電解液和超級電容器電解液等。2008年公司電解液年產能達到3000噸，產能在國內排名第一，占國內30%市場份額，在全球排名第五位。目前公司在江蘇揚子江化工園區新建了5000萬噸產能，廠房已經建設完畢，預計09年10-11月正式生產。

珠海市賽緯電子材料有限公司是一家新成立的高科技民營企業，一期投資1000萬元人民幣新建產能為年產1000噸的鋰電池，鋰離子電池和超級電容器電解液生產線，廠區占地面積3000平方米，主要生產和銷售功能型電解液：提高鋰離子電池高溫性能，安全性和低溫性能等鋰離子電池和聚合物電池電解液，為客戶量身定制適用于錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料，改性天然石墨等正負極材料的電解液。

天津金牛電源材料有限責任公司是由河北邢臺礦業（集團）有限責任公司與天津化工研究設計院共同出資組建的。現已建成的成套的電解質鹽生產、溶劑精制、電解液配制和包裝生產線，主要產品有：六氟磷酸鋰（規模為80噸/年）、高純溶劑（規模為500噸/年）、鋰離子電池用電解液以及相關電池材料。天津金牛公司是國內唯一一家采用自主研發技術、國產原料與裝備生產六氟磷酸鋰產品的企業。

3.7 電芯制造廠家情況

電芯生產由于生產工藝和技術相對成熟，在有穩定的正極材料貨源情況下，國內大部分鋰離子電池廠商均能生產出磷酸鐵鋰電芯，但由于制造動力電池涉及到電芯的組合，必須保證電芯的一致性，這樣對電池的生產設備提出了更高更專業的要求，所以設備資金投入很大，一般來說，建設一條磷酸鐵鋰電芯生產線至少需要 5000萬元的啟動資金。創業企業在進入這一領域會非常困難，傳統的電池生產企業將具有較大的優勢。下表列出了國內電芯生產的主要企業及其情況。

生產工藝流程：

購買設備清單：

生產車間規劃：