介绍
锂离子电池的正极为磷酸铁锂材料，在安全性能和循环寿命方面具有很大优势。 这些也是动力电池最重要的技术指标之一。 1C充放电循环寿命可达2000次，刺穿不会爆炸，过充也不易燃烧、爆炸。 磷酸铁锂正极材料使大容量锂离子电池更易于并联和串联使用。
磷酸铁锂电池是指采用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等，其中钴酸锂是目前大部分锂离子电池使用的正极材料。 从材料原理上来说，磷酸铁锂也是一个嵌入和脱嵌的过程。 这个原理与钴酸锂、锰酸锂完全相同。
1 简介
磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池。 它们的主要用途之一是动力电池。 与镍氢电池和镍镉电池相比，它们具有很大的优势。
磷酸铁锂电池的充放电效率高，倍率放电条件下充放电效率可达90%以上，而铅酸电池在80%左右。
2. 八大优势
安全性能的改进
磷酸铁锂晶体中的PO键稳定且不易分解。 即使在高温或过度充电时，结构也不会塌陷发热或形成钴酸锂等强氧化性物质，因此具有良好的安全性。 有报道称，在实际操作中，在针刺或短路实验中发现少量样品燃烧，但没有发生爆炸。 过充电实验中，采用了比放电电压高几倍的高压充电，发现仍然存在爆炸现象。 即便如此，其过充安全性相比普通液态电解质钴酸锂电池还是有很大提升的。
寿命的改善
磷酸铁锂电池是指采用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。
长寿命铅酸电池的循环寿命约为300次，最高可达500次，而磷酸铁锂动力电池的循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时）可达到2000次。速度）。 同样质量的铅酸蓄电池“新半年、旧半年、保养半年”，最多1年至1.5年。 但在同等条件下使用时，磷酸铁锂电池的理论寿命将达到7至8年。 综合考虑，理论上性价比是铅酸电池的4倍以上。 大电流放电，可以2C大电流快速充放电。 在专用充电器下，1.5C下电池可在40分钟内充满，启动电流可达2C。 铅酸电池不具备此性能。
良好的高温性能
磷酸铁锂的电热峰值可达350℃-500℃，而锰酸锂、钴酸锂的电热峰值仅在200℃左右。 使用温度范围宽（-20C--+75C），磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃，而锰酸锂、钴酸锂只有200℃左右。
大容量
具有比普通电池（铅酸等）更大的容量。 单体容量为5AH-。
无记忆效应
当充电电池经常充满电而不完全放电时，其容量会很快下降到其额定容量以下。 这种现象称为记忆效应。 镍氢和镍镉电池有记忆性，但磷酸铁锂电池没有这种现象。 无论电池处于什么状态，都可以随时充电使用，无需先放电再充电。
轻的
相同规格、容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池的2/3，重量是铅酸电池的1/3。
环保
该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（经过SGS认证）、无污染，符合欧洲RoHS法规，绝对的绿色电池证书。 因此，锂电池之所以受到业界青睐，主要是出于环保方面的考虑。 因此，该电池被列入“十一五”期间“863”国家高新技术发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。 随着我国加入WTO，我国电动自行车出口量将快速增长，进入欧美的电动自行车均要求配备无污染电池。
不过，有专家表示，铅酸蓄电池造成的环境污染主要发生在企业不规范的生产流程和回收加工环节。 同样，锂电池对于新能源产业来说是利好，但也无法避免重金属污染问题。 金属材料加工过程中可能会释放到粉尘和水中的铅、砷、镉、汞、铬等。 电池本身是一种化学物质，因此可能会产生两类污染：一是生产项目中工艺废水的污染；二是生产过程中产生的污染。 二是电池报废后的污染。
磷酸铁锂电池也有其缺点：例如低温性能差，正极材料振实密度低，且相同容量的磷酸铁锂电池比钴酸锂等锂离子电池体积大，因此微电池不具备优势。 当用于动力电池时，磷酸铁锂电池和其他电池一样，需要面临电池一致性问题。
动力电池对比
目前最具前景的动力锂离子电池正极材料主要有改性锰酸锂（）、磷酸铁锂（）和镍钴锰酸锂（Li(Ni,Co,Mn)O2）三元材料。 镍钴锰酸锂三元材料由于钴资源缺乏、镍钴成本较高、价格波动较大等原因，被普遍认为难以成为电动汽车动力锂离子电池的主流。 但可以在一定范围内与尖晶石锰酸锂混合。
行业应用
碳包铝箔给锂电池行业带来技术创新和产业提升；
改善锂电池产品的性能，提高放电倍率。
随着国内电池厂商对电池性能要求越来越高，国内普遍认可的新能源电池材料有：导电材料、导电涂层铝箔、铜箔。
其优点是在处理电池材料时，往往高倍率充放电性能好、比容量大，但循环稳定性差、衰减严重，不得不做出选择。
这是一种神奇的涂层，可以提高电池性能，并将其带入新时代。
导电涂层由分散的纳米导电石墨涂层颗粒组成。 它提供优异的静电传导性，是保护性能量吸收层。 它还提供良好的覆盖和保护。 该涂料有水性和溶剂型，可应用于铝板、铜板、不锈钢、铝和钛双极板。
碳涂层给锂电池性能带来以下提升：
1、降低电池内阻，抑制充放电循环过程中动态内阻的增加；
2、显着提高电池组的一致性，降低电池组的成本；
3、提高活性材料与集流体之间的粘结力，降低极片的制造成本；
4、减少极化，提高倍率性能，减少热效应；
5、防止电解液腐蚀集流体；
6.综合因素延长电池寿命；
7、涂层厚度：常规一侧厚度为1~3μm。
近年来，日本和韩国主要开发采用改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料作为正极材料的动力锂离子电池，如丰田与松下、日立、索尼、新能源共同成立的EV能源公司-神户电机、NEC、三洋电机、三星和LG等。美国主要开发采用磷酸铁锂作为正极材料的动力锂离子电池，如A123 , Inc，但美国主要汽车制造商选择锰-据了解，美国A123公司正在考虑进入锰酸锂材料领域，而德国等欧洲国家主要通过与电池公司合作开发电动汽车。其他国家，如戴姆勒奔驰与法国帅福得联盟、德国大众与日本三洋协议合作等。 目前，德国大众、法国雷诺也在各自政府的支持下研发和生产动力锂离子电池。
3、缺点
一种材料是否具有应用发展潜力，除了关注其优点外，更关键的是该材料是否存在根本缺陷。
目前国内动力锂离子电池正极材料普遍选择磷酸铁锂。 来自政府、科研机构、企业甚至证券公司的市场分析人士都看好这种材料，并将其视为动力锂离子电池的发展方向。 分析原因，主要有两点：一是受美国研发方向影响。 美国和A123公司最先采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料。 其次，国内还没有制备出可用于动力锂离子电池的具有良好高温循环和储存性能的锰酸锂材料。 但磷酸铁锂也存在着不可忽视的根本缺陷，可概括如下：
1.在制备磷酸铁锂的烧结过程中，氧化铁可能在高温还原气氛中被还原为单质铁。 单质铁会导致电池微短路，是电池中最忌讳的物质。 这也是日本尚未将该材料用作动力锂离子电池正极材料的主要原因；
2、磷酸铁锂存在一些性能缺陷，如振实密度低、压实密度低等，导致锂离子电池能量密度低。 低温性能差，即使纳米化和碳涂层也没有解决这个问题。 美国阿贡国家实验室储能系统中心主任Don博士在谈到磷酸铁锂电池的低温性能时，用它来形容他们对磷酸铁锂锂离子电池的测试结果表明磷酸铁锂电池在低温（0℃以下）下电动汽车无法运行。 虽然有厂家声称磷酸铁锂电池在低温下的容量保持率还不错，但那是在放电电流很小、放电截止电压很低的情况下。 在这种情况下，设备根本无法开始工作。
3、材料制备成本和电池制造成本高，电池良率低，一致性差。 磷酸铁锂的纳米化和碳包覆虽然提高了材料的电化学性能，但也带来了其他问题，如能量密度降低、合成成本增加、电极加工性能差、环境要求恶劣等。 虽然磷酸铁锂中的化学元素Li、Fe、P含量丰富且成本低廉，但所制备的磷酸铁锂产品的成本并不低。 即使除去最初的研发成本，材料的工艺成本加上高昂的电池制备成本也会使得最终的单位储能成本更高。
4、产品一致性差。 目前国内还没有一家磷酸铁锂材料厂可以解决这个问题。 从材料制备的角度来看，磷酸铁锂的合成反应是一个复杂的多相反应，包括固相磷酸盐、氧化铁和锂盐，加上碳前驱体和还原性气相。 在这种复杂的反应过程中，很难保证反应的一致性。
5、知识产权问题。 最早涉及磷酸铁锂的专利申请由FX & OHG (DE)于1993年6月25日获得，并于同年8月19日公布了申请结果。 磷酸铁锂的基础专利由美国德克萨斯大学拥有，碳涂层专利由加拿大人申请。 这两项基础专利是绕不过去的。 如果将专利使用费计入成本，产品成本将进一步增加。
另外，从锂离子电池的研发和生产经验来看，日本是最早实现锂离子电池商业化的国家，一直占据着高端锂离子电池市场。 美国虽然在一些基础研究上处于领先地位，但迄今为止还没有大规模的锂离子电池制造商。 因此，日本选择锰酸锂作为动力锂离子电池正极材料更有意义。 即使在美国，使用磷酸铁锂和锰酸锂作为动力锂离子电池正极材料的制造商也是平分秋色，联邦政府也支持这两种系统的研发。 鉴于磷酸铁锂存在的上述问题，作为动力锂离子电池正极材料难以广泛应用于新能源汽车等领域。 如果能够解决锰酸锂的高温循环和储存性能差的问题，由于其低成本和高倍率性能的优势，其在动力锂离子电池中的应用将具有巨大的潜力。
4、工作原理及特点磷酸铁锂电池的全称是磷酸铁锂锂离子电池。 这个名字太长，所以简称为磷酸铁锂电池。 由于其性能特别适合动力应用，因此在名称中添加了“动力”二字，即磷酸铁锂动力电池。 也有人称之为“锂铁（LiFe）动力电池”。
意义
在金属交易市场中，钴（Co）最贵且储存有限，镍（Ni）和锰（Mn）相对便宜，而铁（Fe）最便宜。 正极材料的价格也与这些金属的价格走势一致。 因此，正极材料制成的锂离子电池应该是最便宜的。 它的另一个特点是不污染环境。
对充电电池的要求是：容量高、输出电压高、充放电循环性能好、输出电压稳定、能够大电流充放电、电化学稳定、使用过程中安全（不会因过充、过放、过放）短路）等可能因操作不当引起燃烧或爆炸），工作温度范围宽，无毒或低毒，对环境无污染。 用作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都表现良好，特别是在高倍率放电（5~10C放电）、放电电压稳定、安全性（不燃烧、不爆炸）、寿命（次数）等方面表现良好。循环）在环境污染方面是最好的，也是目前最好的大电流输出动力电池。
结构及工作原理
电池的内部结为橄榄石结构，作为电池的正极。 它通过铝箔连接到电池的正极。 中间有一个聚合物隔板。 它将正极和负极分开，但锂离子Li+可以通过，但电子e-不能通过。 在右侧。 它是由碳（石墨）组成的电池负极，通过铜箔与电池负极连接。 电池的上下端之间是电池的电解液，电池由金属外壳密封。
电池充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜迁移到负极； 放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜迁移到正极。 锂离子电池因锂离子在充放电过程中来回迁移而得名。
主要性能
电池标称电压为3.2V，充电终止电压为3.6V，放电终止电压为2.0V。 由于各个厂家使用的正负极材料和电解液材料的质量和工艺不同，其性能会存在一定的差异。 例如，同一型号（同一封装的标准电池）电池容量差异较大（10%至20%）。
这里需要注意的是，不同厂家生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会存在一些差异； 另外，一些电池特性也不包括在内，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差别很大，可分为三类：小型的几十毫安时到几毫安时，中型的几十毫安时，大型的几百毫安时。 不同类型电池的相似参数也存在一定差异。 目前广泛使用的小型标准圆柱封装磷酸铁锂动力电池参数及尺寸为：直径18mm，高度650mm（型号18650）。
过放至零电压测试
使用（）的磷酸铁锂动力电池已经过放电至零电压测试。 测试条件：以0.5C充电倍率将电池充满，然后以1.0C放电倍率放电至电池电压为0C。 然后将置于0V的电池分成两组：一组存放7天，另一组存放30天； 储存期满后，以0.5C充电倍率充满，然后以1.0C倍率放电。 最后比较两个零电压存储周期的差异。
测试结果是，零电压存放7天后，电池无漏液，性能良好，容量为100%； 存放30天后，电池无漏液，性能良好，容量98%； 存放30天后，对电池进行3次充放电循环。 容量恢复到100%。
此测试表明，即使电池过度放电（甚至至0V）并存放一定时间，电池也不会漏液或损坏。 这是其他类型的锂离子电池所不具备的特性。
磷酸铁锂电池的特点
通过以上介绍，电池可以总结出以下特点。
高效率输出：标准放电2~5C，连续大电流放电可达10C，瞬时脉冲放电（10S）可达20C；
高温性能好：外部温度65℃时，内部温度高达95℃，电池放电时温度可达160℃。 电池结构安全、完好；
即使电池内部或外部损坏，电池也不会燃烧或爆炸，具有最佳的安全性；
优异的循环寿命，500次循环后，其放电容量仍大于95%；
即使过放至零伏也不会损坏；
可快速充电；
低成本;
对环境无污染。
磷酸铁锂动力电池的应用
由于磷酸铁锂动力电池具有上述特点，并且可以生产各种容量的电池，因此很快得到了广泛的应用。 其主要应用领域有：
大型电动汽车：公交车、电动汽车、旅游巴士、混合动力汽车等；
轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型扁电瓶车、叉车、清洁车、电动轮椅等；
电动工具：电钻、电锯、割草机等；
遥控车、船、飞机等玩具；
太阳能、风力发电储能设备；
UPS和应急灯、警示灯和矿灯（安全性最好）；
替代相机中的3V一次性锂电池和9V镍镉或镍氢充电电池（相同尺寸）；
小型医疗设备及便携式仪器等
下面是一个使用磷酸铁锂动力电池替代铅酸电池的应用实例。 它采用36V/10Ah（360Wh）铅酸电池，重量12kg。 一次充电可行驶约50公里。 可充电约100次，使用时间约1年。 如果采用磷酸铁锂动力电池，使用同样的360Wh能量（由12块10Ah电池串联组成），重约4kg，一次充电可行驶约80km，最多可充电1000次，并有服务寿命3至5年。 虽然磷酸铁锂动力电池的价格比铅酸电池高很多，但总体经济效果更好，使用也更轻便。
5.电池性能
锂离子动力电池的性能主要取决于正负极材料。 磷酸铁锂作为锂电池材料是近几年才出现的。 国内大容量磷酸铁锂电池的研发才到2005年7月，其安全性能和循环寿命是其他材料无法比拟的，而这些也是动力电池最重要的技术指标。 1C充放电循环寿命达到2000次。 单节电池过充至30V不会燃烧，刺穿也不会爆炸。 磷酸铁锂正极材料使得大容量锂离子电池更容易串联使用。 满足电动汽车频繁充放电的需求。 具有无毒、无污染、安全性能好、原料来源广泛、价格便宜、寿命长等优点，是新一代锂离子电池理想的正极材料。
本项目属于功能能源材料开发高新技术项目。 是国家“863”计划、“973”计划和“十一五”高新技术产业发展规划重点支持的地区。
锂离子电池的正极为磷酸铁锂材料，在安全性能和循环寿命方面具有很大优势。 这些也是动力电池最重要的技术指标之一。 1C充放电循环寿命可达2000次，刺穿不会爆炸，过充也不易燃烧、爆炸。 磷酸铁锂正极材料使大容量锂离子电池更易于并联和串联使用。
6. 科研应用
磷酸铁锂电池
近期，不断有关于有望取代传统锂电池的新型电池进展的报道，让我们对手机和平板电脑拥有更长的电池寿命充满希望。 然而，不幸的是大多数仍处于实验室研究阶段。 何时甚至是否会大规模投入商业使用都很难说。
在TEC.GmbH发布的磷酸铁锂电池技术白皮书中，采用复合纳米材料后，32650规格（直径32mm/长度65mm）的单体电芯能量密度可提升至与目前业界32650规格同等水平单细胞。 与同等尺寸相比，增加了20%之多。 一块电池可以为4S手机充电近4次。
更令人欣慰的是，在单次低倍率充放电环境下使用时，这种电池在循环达3000次后仍能保持80%左右的电量，而普通锂电池在循环约300次后仍能保持80%左右的电量。 500次。 。 按3天充放电一次计算，可连续使用24年，是真正的长寿命电池。
这种新型电池技术可广泛应用于便携式移动电源、小型UPS、笔记本电脑电池、汽车电池等设备。 针对不同的使用环境，TEC.GmbH还根据循环充电次数使用不同的电芯颜色：军用级的是金色，循环次数为3000次；军用级的是金色，循环次数为3000次； 蓝色用于民用汽车领域，循环次数为2500次； 绿色产品的循环次数为 2,000 次，适用于小型便携式移动设备。
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