磷酸鐵鋰電池正極材料的優缺點

來源：存能電氣  日期：2019-07-01 14:17  瀏覽量：次

　　磷酸鐵鋰電池正極材料的優缺點。磷酸鐵鋰正極材料因其優良的電化學性能,被認為是最具應用前景的鋰離子電池正極材料之一。磷酸鐵鋰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。

　　鋰電池的主要構成材料包括電解液、隔離材料、正負極材料等。正極材料占有較大比例,因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。目前已經市場化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰電池和三元材料等產品。

　　磷酸鐵鋰電池是一種新型鋰離子電池電極材料，是性能卓越的新一代綠色高能電池，已成為高新技術發展的重點之一。它的特點是高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應、體積小、內阻小、自放電少、循環次數多，價格低廉，無毒性，不會造成環境污染。因其上述特點，磷酸鐵鋰電池已應用到移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機等眾多民用及軍事領域。世界各國正競相實現產業化生產。

　　磷酸鐵鋰電池正極材料的優點

　　1.高能量密度：其理論比容量為170mAh/g，產品實際比容量可超過140mAh/g(0.2C,25°C);

　　2.安全無污染：是目前最安全的鋰離子電池正極材料;不含任何對人體有害的重金屬元素;符合歐洲RoHS規定，為絕對的綠色環保電池證;

　　3.壽命長：在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上;磷酸鐵鋰電池的使用壽命與其使用溫度息息相關，使用溫度過低或者過高在其充放電過程及使用過程均產生極大不良隱患;

　　4.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小時內將電池充滿;

　　5.重量輕:同等規格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3，重量是鉛酸電池的1/3。

　　磷酸鐵鋰電池作為鋰電池正極材料，是目前最安全的鋰離子電池正極材料，雖然振實密度低、電壓平臺低，但由于正極材料安全穩定，使其在擠壓、過充、短路等濫用條件下依然安全，由于其安全穩定性，磷酸鐵鋰電池已經成為鋰離子動力電池的重要發展方向。

　　磷酸鐵鋰電池正極材料的缺點

　　1.導電性差。這個問題是其最關鍵的問題。磷酸鐵鋰電池之所以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。

　　2.振實密度較低。一般只能達到1.3-1.5g/ml，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰電池的最大缺點。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。

　　磷酸鐵鋰電池正極材料的基本要求

　　第一，材料自身電位高，這樣才能與負極材料之間形成較大的電位差，帶來能量密度高的電芯設計；同時帶電離子嵌入脫出對電極電位影響小，則充放電過程，不會有過大的電壓波動，不會給系統內的其他電氣帶來不利影響。

　　第二，材料含鋰量高且鋰離子嵌入脫嵌可逆。這是高容量的前提。有些正極材料，理論容量很高，但是有一半的鋰離子，第一次嵌入以后就失去了活性。這樣的材料，是無法投入商用的。

　　第三，鋰離子擴散系數大，鋰離子在材料內部的移動更迅速，嵌入和脫嵌的能力強。是影響電芯內阻的因素，也是影響功率特性的因素。

　　第四，材料比表面積大，有大量的嵌鋰位置。表面積大，磷酸鐵鋰電池的嵌入通道相對較短，則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時，嵌鋰位置還要充足。

　　第五，與鋰電池電解液的相容性和熱穩定性好，這點是出于安全性考慮。正極材料與電解液不容易發生反應，以及在較高溫度下依然結構穩定并且仍然不易與電解液反應。這樣的材質，不會為電芯額外的熱積累提供熱量，可以減少電芯進入自生熱階段的概率。

　　第六，材料易得，且加工性能好。成本低，材料容易加工成電極，且電極結構穩定，是材料得到推廣應用的有利條件。

　　以上就是磷酸鐵鋰電池正極材料的優缺點介紹，每種正極材料都有其理論能量密度，選擇了一種正極材料，就選擇了電芯能量密度的上限。正極材料的用量設計和加工制作過程中的振實密度也對電芯成品的能量密度產生影響。