鋰離子動(dòng)力電池的性能主要取決于正負(fù)極材料,磷酸鐵鋰作為鋰動(dòng)力電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事,國(guó)內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的,這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)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(lián)使用。以滿足電動(dòng)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(jià)格便宜,壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),是新一代鋰離子電池的理想正極材料。本項(xiàng)目屬于高新技術(shù)項(xiàng)目中功能性能源材料的開發(fā),是國(guó)家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃和“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)支持的領(lǐng)域。
一、磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢(shì)
磷酸鐵鋰電池是用來做鋰離子二次電池的,現(xiàn)在主要方向是動(dòng)力電池,相對(duì)NI-H,Ni-Cd電池有很大優(yōu)勢(shì)。
磷酸鐵鋰動(dòng)力電池七大優(yōu)勢(shì):1、超長(zhǎng)壽命。長(zhǎng)壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右,最高也就500次,而山東海霸能源集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池,循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上,標(biāo)準(zhǔn)充電(5小時(shí)率)使用,可達(dá)到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護(hù)維護(hù)又半年”,最多也就1—1.5年時(shí)間,而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用,將達(dá)到7-8年。綜合考慮,性能價(jià)格比將為鉛酸電池的4倍以上。2、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(qiáng)烈的碰撞下會(huì)產(chǎn)生爆炸,對(duì)消費(fèi)者的生命安全構(gòu)成威脅,而磷酸鐵鋰已經(jīng)過嚴(yán)格的安全測(cè)試,即使在最惡劣的交通事故中也不會(huì)產(chǎn)生爆炸。3、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(nèi)即可使電池充滿,起動(dòng)電流可達(dá)2C,而鉛酸電池現(xiàn)在無此性能。4、耐高溫。磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃—500℃,而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。5、 大容量。6、無記憶效應(yīng)。7、綠色環(huán)保。
二、磷酸鐵鋰電池的缺點(diǎn)及改進(jìn)措施
磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn):例如磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度較小,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(yōu)勢(shì)。
導(dǎo)電性差、鋰離子擴(kuò)散速度慢。高倍率充放電時(shí),實(shí)際比容量低,這個(gè)問題是制約磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大范圍的應(yīng)用,這是一個(gè)主要的問題。但是,導(dǎo)電性差目前已經(jīng)得到比較完美的解決:就是添加C或其它導(dǎo)電劑。目前在實(shí)際生產(chǎn)過程中通過在前驅(qū)體添加有機(jī)碳源和高價(jià)金屬離子聯(lián)合摻雜的辦法來改善材料的導(dǎo)電性(A123、煙臺(tái)卓能正采用這種方法),研究表明,磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率提高了7個(gè)數(shù)量級(jí),使磷酸鐵鋰具備了和鈷酸鋰相近的電導(dǎo)特性。實(shí)驗(yàn)室報(bào)道當(dāng)0.1C充放電時(shí),可以達(dá)到165mAh/g以上的比容量,實(shí)際達(dá)到135-145mAh/g,基本接近鈷酸鋰的水平;但是鋰離子擴(kuò)散速度慢的問題到目前仍然沒有得到較好的解決,目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO4晶粒,從而減少鋰離子在晶粒中的擴(kuò)散距離,再者就是摻雜改善鋰離子的擴(kuò)散通道,后一種方法看起來效果并不明顯。納米化已經(jīng)有較多的研究,但是難以應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中,目前只有A123宣稱掌握了LiFePO4的納米化產(chǎn)業(yè)技術(shù)。
振實(shí)密度較低。一般只能達(dá)到0.8-1.3,低的振實(shí)密度可以說是磷酸鐵鋰的很大缺點(diǎn)。所有磷酸鐵鋰正極材料決定了它在小型電池如手機(jī)電池等領(lǐng)域沒有優(yōu)勢(shì),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(wěn)定性好,循環(huán)次數(shù)高,但如果體積太大,也只能小量的取代鈷酸鋰。但這一缺點(diǎn)在動(dòng)力電池方面不會(huì)突出。因此,磷酸鐵鋰主要是用來制作動(dòng)力電池。
磷酸鐵鋰電池低溫性能差。盡管人們通過各種方法(例如鋰位、鐵位、甚至磷酸位的摻雜改善離子和電子導(dǎo)電性能,通過改善一次或二次顆粒的粒徑及形貌控制有效反應(yīng)面積、通過加入額外的導(dǎo)電劑增加電子導(dǎo)電性等)改善磷酸鐵鋰的低溫性能,但是磷酸鐵鋰材料的固有特點(diǎn),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(duì)于單只電芯(注意是單只而非電池組,對(duì)于電池組而言,實(shí)測(cè)的低溫性能可能會(huì)略高,這與散熱條件有關(guān))而言,其0℃時(shí)的容量保持率約60~70%,-10℃時(shí)為40~55%,-20℃時(shí)為20~40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動(dòng)力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升,但還未真正滿足需求。 |