为什么会选用磷酸铁锂作为锂电池的正极材料？

2021-04-26 ryder

磷酸铁锂离子电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂电池。锂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电池使用的正极材料。

一种材料是不是具有使用发展潜力，除了关注其优势外，更为关键的是该材料是不是具有根本性的缺陷。

国内今朝普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂电池的正极材料，从政府、科研机构、企业甚至是证券公司等市场分解员都看好这一材料，将其作为动力型锂电池的发展方向。分解其原由，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、在磷酸铁锂制备时的烧结过程中，氧化铁在高温还原性气氛下存在被还原成单质铁的可能性。单质铁会引起电池的微短路，是电池中最忌讳的物质。这也是日本一直不将该材料作为动力型锂电池正极材料的主要原由。

2、磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂电池的能量密度较低。低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有处理这一问题。美国阿贡国家试验室储能系统中心主任DonHillebrand博士谈到磷酸锂铁电池低温性能的时候，他用terrible来形容，他们对磷酸铁锂型锂电池探测结果声明声明磷酸铁锂离子电池在低温下（0℃以下）无法使电动车行驶。尽管也有厂家宣称磷酸锂铁电池在低温下容量保持率还不错，但是那是在放电电流较小和放电截止电压很低的情况下。在这种状况下，设备根本就无法启动工作。

3、材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。磷酸铁锂的纳米化和碳包覆尽管提高了材料的电化学性能，但是也带来了其它问题，如能量密度的降低、合成成本的提高、电极出产性能不良以及对环境要求苛刻等问题。尽管磷酸铁锂中的化学元素Li，Fe与P很丰富，成本也较低，但是制备出的磷酸铁锂产品成本并不低，即使去掉前期的研发成本，该材料的工艺成本加上较高的制备电池的成本，会使得最终单位储能电量的成本较高。

1：标称电压不同铅酸蓄电池单体标称电压：2.0V锂电单体标称电压：3.6V

2：内部材料不同铅酸蓄电池正负极为氧化铅、金属铅、电解液为浓硫酸锂电正负极为钴酸锂/磷酸铁锂/锰酸锂、石墨、有机电解液

3：能量不同铅酸蓄电池30WH/KG锂离子电池150WH/KG

4：使用场合不同铅酸蓄电池：汽车启动，电动车电池锂离子电池：手机，电脑，电动工具，今朝也用于电动车电池

5：电特性不同铅酸蓄电池不能大电流放电，寿命短锂离子电池可以大电流放电，寿命好。

另外的区别还有下面的表现：

1、耐用性:铅酸蓄电池一般深充深放电300次以内,有记忆,寿命在两年左右。并且铅酸蓄电池内有液体,消耗一段时间后,如果发现电池发烫或者充电时间变短,就需要补充液体;锂离子电池耐用性较强,消耗慢,充放超过500次,并且无记忆,一般寿命在45年。

2、体积、质量方面:一般铅酸蓄电池重量是1630公斤,体积较大;锂离子电池一般在2.53公斤,体积相对较小,所以骑行轻便、搬运方便。

3、价格、质保期方面:目前市场上主流电池是48伏,如果更换的话,铅酸蓄电池450元左右,质保期为1年;锂离子电池价格相对较贵,需要1000元左右,但是质保期为两年。

4、行驶公里:同样是48伏的电池,在洋溢电的情况下,铅酸蓄电池和锂离子电池的电动车都可以行驶3040公里。速度主要取决于所使用的电机大小。

5、电池容量:铅酸蓄电池容量为20安左右;锂离子电池容量为810安。

6、环保:铅酸蓄电池在加工过程中存在污染,如果回收不当也可能造成污染;锂离子电池则相对绿色环保。