磷酸铁锂电池八大缺陷及八大优势分析

　　什么是磷酸铁锂电池

　　磷酸铁锂电池，是指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。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。

　　磷酸铁锂电池工作原理

　　磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁（LiFe）动力电池”。

　　结构与工作原理：

　　LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

　　图1LiFePO4电池内部结构

　　LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

　　主要性能：

　　LiFePO4电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号（同一种封装的标准电池），其电池的容量有较大差别（10%～20%）。

　　磷酸铁锂动力电池主要性能列于表1。为了与其他可充电电池的相比较，也在表中列出其他种类可充电电池性能。这里要说明的是，不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会有一些差别；另外，有一些电池性能未列入，如电池内阻、自放电率、充放电温度等。

　　表1磷酸铁锂动力电池主要性能参数

　　磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别，可以分成三类：小型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。这里再介绍一种目前应用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池的参数。其外廓尺寸：直径为18mm、高650mm（型号为18650），其参数性能如表2所示。

　　表2小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池的参数

　　过放电到零电压试验：

　　采用STL18650（1100mAh）的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。

　　试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。

　　这试验说明该电池即使出现过放电（甚至到0V），并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。

　　磷酸铁锂电池八大优势

　　1、安全性能的改善

　　磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。有报告指出，实际操作中针刺或短路实验中发现有小部分样品出现燃烧现象，但未出现一例爆炸事件，而过充实验中使用大大超出自身放电电压数倍的高电压充电，发现依然有爆炸现象。虽然如此，其过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池，已大有改善。

　　2、寿命的改善

　　磷酸铁锂电池是指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在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1~1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，理论寿命将达到7~8年。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。大电流放电可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C，而铅酸电池现在无此性能。

　　3、高温性能好

　　磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广（-20C--+75C），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。

　　4、大容量

　　具有比普通电池（铅酸等）更大的容量。5AH-1000AH（单体）

　　5、无记忆效应

　　可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

　　6、重量轻

　　同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。

　　7、环保

　　该电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池证。所以锂电池之所以被业界看好，主要是环保考量，因此该电池又列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。随着中国加入WTO，中国电动自行车的出口量将迅速增大，而现在进入欧美的电动自行车已要求配备无污染电池。

　　但有专家表示，铅酸电池造成的环境污染，主要发生在企业不规范的生产过程和回收处理环节。同理，锂电池属于新能源行业不错，但它也不能避免重金属污染的问题。金属材料加工中有铅、砷、镉、汞、铬等都有可能会释放到灰尘和水中。电池本身就是一种化学物质，所以有可能会产生两种污染：一是生产工程中的工艺排泄物污染；二是报废以后的电池污染。

　　磷酸铁锂电池也有其缺点：例如低温性能差，正极材料振实密度小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。而用于动力电池时，磷酸铁锂电池和其他电池一样，需要面对电池一致性问题。

　　8、可大电流快速放电

　　可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C，而铅酸电池现在无此性能。

　　磷酸铁锂电池的八大缺陷

　　一种材料是否具有应用发展潜力，除了关注其优点外，更为关键的是该材料是否具有根本性的缺陷。

　　国内目前普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料，从政府、科研机构、企业甚至是证券公司等市场分析员都看好这一材料，将其作为动力型锂离子电池的发展方向。分析其原因，主要有下列两点：首先是受到美国研发方向的影响，美国Valence与A123公司最早采用磷酸铁锂做锂离子电池的正极材料。其次是国内一直没有制备出可供动力型锂离子电池使用的具有良好高温循环与储存性能的锰酸锂材料。但磷酸铁锂也存在不容忽视的根本性缺陷，归结起来主要有以下几点：

　　1、一致性差。电池组寿命明显低于单体。和其他电池相比磷酸铁锂电池组寿命没有明显优势。在二手市场有大量未达到预期寿命就淘汰下来的电池组。

　　2、存在安全隐患。电池制造和循环的过程中会产生单质铁，铁累积容易使电池隔膜刺穿，内部短路的风险高

　　3、不耐滥用。和铅酸相比，正极材料导电能力差，内阻高。过充电接受能力低，启动性能远不如铅酸

　　4、低温性能不好。低于0度时容量下降快，在低温下循环性能极差

　　5、能量密度低振实密度低

　　6、同重量体积下容量低，不适合做小单体

　　7、体积大、重量大

　　8、价格贵，工艺成本高，专利费贵

　　磷酸铁锂电池在通信行业中的应用

　　磷酸铁锂电池的应用领域比较广泛，包括公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等大型电动车辆，电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等轻型电动车，电钻、电锯、割草机等电动工具，小型医疗仪器设备及便携式仪器等。在通信行业，磷酸铁铿电池定位于小型化、分散化、信行业主流电池厂家均供电系统和Ups交流供已开发出自己的磷酸铁锉电池产品环境恶劣的场景，可作为铅酸电池的有效补充通，荣来那个从10到5OAh，供电系统有48V直流电系统，安装方式有嵌入式和壁挂式等多种方式，应用场景包括户外、楼道、弱电并等，供电设备包括末端传输设备、直接放站时而被、RRu等。

　　磷酸铁锂电池的发展方向

　　燃料电池、钒电池等未来电池技术尚未成熟，锂电池作为新一代电池技术的代表，已成功走向市场，开启了规模化的商业应用。国家“十二五“计划已将铿电池作为未来电池技术的重点发展方向。2009年4月29日《通信用后备式铿离子电池组》技术标准仪征市发布。我国现在已有一些工厂生产磷酸铁锂电池正极材料及不同容量的磷酸铁锂电池。未来磷酸铁锂电洲容会更便宜，并且其应用将更普遍，将是未来动力电池市场的主流。