磷酸鋰鐵電池的優(yōu)缺點(diǎn)

磷酸鋰鐵電池的工作原理：

當(dāng)外部電源給電池充電，此時(shí)正極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上，鋰離子工i+從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。當(dāng)電池放電時(shí)，機(jī)理與充電是剛好是相反的，以LiFePO4為例，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

充電：LiFePO4 – xLi﹢ – xe- → xFePO4 +（1-x）LiFePO4

放電：FePO4 + xLi﹢ + xe- → xLiFePO4+（l-x）LiFePO4

一、磷酸鋰鐵電池的優(yōu)點(diǎn)

1、LiFePO4電池的標(biāo)稱(chēng)電壓是3.2V（穩(wěn)定的放電平臺(tái)）、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V；

2、比容量大，高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2~5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C；

3、工作溫度范圍寬廣（-20℃—+75℃），高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全、完好；

4、即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；

5、極好的循環(huán)壽命，在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上；（原因：磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)定性好，鋰離子的嵌入和脫出對(duì)晶格的影響不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是電子離子傳到率差，不適宜大電流的充放電，在應(yīng)用方面受阻。解決方法：在電極表面包覆導(dǎo)電材料、摻雜進(jìn)行電極改性。

6、過(guò)放電到零伏也無(wú)損壞，零電壓存放7天后電池?zé)o泄漏，性能良好，容量為100%；存放30天后，無(wú)泄漏、性能良好，容量為98%；存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到100%。

7、可快速充電，自放電少，無(wú)記憶效應(yīng)：可大電流2C快速充放電，在專(zhuān)用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿(mǎn)，起動(dòng)電流可達(dá)2C；

8、高能量密度：其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過(guò)140mAh/g（0.2C，25℃）；

9、安全性：是目前最安全的鋰離子電池正極材料；不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素；

10、無(wú)記憶效應(yīng)；

11、充電性能：磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，最快可在1小時(shí)內(nèi)將電池充滿(mǎn)。

原料來(lái)源豐富、價(jià)廉，環(huán)境友好，不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素

12、熱穩(wěn)定性好：磷酸鐵鋰熱穩(wěn)定性很好，F(xiàn)ePO4在210~410C的溫度范圍內(nèi)放出的熱量?jī)H為210j/g；

LiCoO2充電狀態(tài)（CoO2）開(kāi)始分解產(chǎn)生氧氣的溫度為240℃，放出熱量約為1000j/g

13、循環(huán)性能好：由于LiFePO4與FePO4結(jié)構(gòu)相似，鋰離子脫出/嵌入后，LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生重排。

8、低成本；

9、對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

二、磷酸鋰鐵電池的缺點(diǎn)

1.導(dǎo)電性差：目前在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)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(lái)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鉆酸鋰相近的電導(dǎo)特性。

2.鋰離子擴(kuò)散速度慢。目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO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(lái)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(chēng)掌握了LiFePO的納米化產(chǎn)業(yè)技術(shù)。

3.振實(shí)密度較低。般只能達(dá)到0.8-1.3，低的振實(shí)密度可以說(shuō)是磷酸鐵鋰的最大缺點(diǎn)。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(lái)制作動(dòng)力電池。

4.磷酸鐵鋰電池低溫性能差。在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(mǎn)足動(dòng)力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過(guò)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。

電子導(dǎo)電率低、離子擴(kuò)散系數(shù)低、振實(shí)密度不高、合成成本略高

三、磷酸鋰鐵缺點(diǎn)彌補(bǔ)方法

磷酸鋰鐵缺點(diǎn)彌補(bǔ)方法有：碳包覆改善電子導(dǎo)電性、添加金屬粒子、導(dǎo)電有機(jī)物包覆、摻雜金屬離子改善電子導(dǎo)電性、合成小粒度材料減少擴(kuò)散距離、合成粒度可控的類(lèi)球形顆粒。

1、碳包覆技術(shù)

原料混合式加入

（1）直接加入碳：石墨、炭黑、乙炔黑等；

（2）熱解后能轉(zhuǎn)變?yōu)樘嫉奈镔|(zhì)：葡萄糖、蔗糖、白糖、聚丙烯、聚丙烯酰胺、

聚丙烯酸鋰、聚乙烯醇、檸檬酸、煤油、β-環(huán)糊精、乙醇和酚醛樹(shù)脂等

2、燒結(jié)結(jié)束時(shí)加入

在磷酸鐵鋰燒結(jié)束后的降溫階段，對(duì)其噴灑甲醇，甲醇受熱分解碳化，在磷酸鐵鋰表面形成碳膜

3、添加金屬粒子

（1）利用銀鏡反應(yīng)在磷酸鐵鋰表面鍍銀

（2）直接在混料時(shí)加入銀或銅的顆粒

4、導(dǎo)電有機(jī)物包覆

在磷酸鐵鋰的表面聚合聚吡咯、聚塞吩、聚苯胺等導(dǎo)電有機(jī)物

5、摻雜金屬離子

采用球磨混合原料再進(jìn)行固相合成的方法合成六種摻雜物質(zhì)Li1-xMxFePO4

（M=Mg、Al、Ti、Zr、Nb、W）。摻雜后材料的電子電導(dǎo)率較LiFePOa的電子電導(dǎo)率提高了8個(gè)數(shù)量級(jí)，室溫下達(dá)到10-2S·cm-1