磷酸铁锂电池简介

第一篇：磷酸铁锂电池简介

磷酸铁锂电池简介

一、磷酸铁锂电池定义

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有很多种，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，而其它正极材料由于多种原因，目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。

磷酸铁锂由于具有安全性与循环寿命优势、材料成本的诱惑，正在逐步进入锂离子动力电池市场。

二、磷酸铁锂正极材料

1997年A.K.Padhi首次报导磷酸铁锂（LiFePO4）具有脱嵌锂功能。该材料具有橄榄石型磷酸盐类嵌锂材料,LiMPO4（M：Mn，Fe，Co，Ni）, 成为很有潜力的锂离子电池正极材料。磷酸铁锂作为锂离子电池用正极材料具有良好的电化学性能，充放电平台十分平稳，充放电过程中结构稳定。同时，该材料无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下使用、原材料来源广泛等优点，是目前电池界竞相开发研究的热点。

该材料具有发上图所示的晶体结构。

工作电压范围：2.5～3.6V，平台约3.3V，比钴酸锂电池3.7V低一些。由于该材料导电性差，需往磷酸铁锂颗粒内部掺入导电碳材料或导电金属微粒，或者往磷酸铁锂颗粒表面包覆导电碳材料，提高材料的电子电导率；或掺杂金属离子来提高导电性。这样材料的密度低，做成电池的体积比容量低，只有180Wh/L（钴酸锂可做到400Wh/L以上），在小电池领域，同样尺寸电池只有现有电池容量的一半不到。

三、磷酸铁锂电池及其优缺点

磷酸铁锂的优点：

1、安全。磷酸铁锂的安全性能是目前所有的材料中最好的。当然它和其它磷酸盐的安全性能也基本一样，用磷酸铁锂做电池，绝对不用担心爆炸问题的存在。

2、稳定性高。包括高温充电的容量稳定性好，储存性能好等。这点是最大的优点，在所有知道的材料中，也是最好的。

3、环保。整个生产过程清洁无毒。所有原料都无毒。不像钴是有毒的物质。

4、价格便宜。磷酸盐采用磷酸源和锂源以及铁源为材料，这些材料都十分便宜，无战略资源及稀有资源。

磷酸铁锂的缺点：

1、导电性差。这个问题是其最关键的问题。磷酸铁锂之所以这么晚还没有大范围的应用，这是一个主要的问题。但是，这个问题目前已经可以得到完美的解决：就是添加C或其它导电剂。实验室报道可以达到160mAh/g以上的比容量。我们公司生产的磷酸铁锂材料在生产过程中已经添加了导电剂，不需要制作电池时添加。实际上材料应该为：LiFePO4/C，这样一个复合材料。

2、振实密度较低。一般只能达到1.3-1.5，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的最大缺点。这一缺点决定了它在小型电池如手机电池等没有优势。即使它的成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能小量的取代钴酸锂。这一缺点在动力电池方面不会突出。因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。

3、目前研究开发还不深入。目前以磷酸铁锂作为正极材料的产业化情况并不乐观。因为还是最近两年发展起来的，所以各方面的研究还需要继续深入。

四、其它

在动力电池领域，由于钴酸锂的安全问题和高昂的价格，使其一直在动力电池门外徘徊，始终没有完全进入动力电池领域。现在的情况是钴酸锂和锰酸锂小批量配合使用，但是由于其固有的缺陷，使得其始终没有大批量的进行商业化运作，产品只是在小批量试生产阶段，目前大规模的商业化运作还有一些难以克服的困难。在动力电池领域磷酸基正极材料依其超长的循环寿命，极好的安全性能，较好的高温性能，极其低廉的价格，而且低温性能和倍率放电已经可以达到钴酸锂的水平等，使其成为最有希望的动力电池材料，其在未来的5年内可能会成镍镉电池的主要替代品，在未来的10年内会成为铅酸电池的有力竞争者，在未来的20年内可能会取代铅酸电池，成为主要的启动电源、UPS电源和后备电源，成为二次电池的老大。

现在磷酸铁锂最主要的问题是容量偏低, 制造成本偏高,在电池生产上加工困难(制浆,拉浆,辊轧等工序都需要特殊处理,很多企业不能很好的处理)倍率放电不稳定(需要特定的电池工艺配合,受工艺影响很大)而现在电器的使用趋势是小巧型发展,所以对电池也有同样的要求高体积能量密度.从容量上看磷酸铁锂没有前途,在特定的电池领域使用较有优势，如动力电池。

磷酸铁锂振实密度比较低,比表面积很大,需要改变电池先行工艺,而且电池极片的面密度低所以同样型号的电池容量更低。

电解液也需重新开发适用的电解液体系，用现有的成熟电解液难发挥其性能。

另外，由于磷酸铁锂电池的工作电压范围在2.5～3.6V，平台为3.3V左右，没有批量配套的保护线路和充电器，较难在现有的电子设备上发挥出其特性，需要一个整体的行业整合。

产业化方面：

国外做得较早的为是美国Valence（威能）公司和A123（高博）公司，这两家公司都在国内（江苏）有材料生产企业生产磷酸铁锂正极材料，然后采用委托其它电池公司代工生产电池出口。

国内目前已经有很多公司在作测试，研究，小批量试产材料，北大先行，中辉振宇，山西力之源等比较活跃，湖南瑞祥与杉杉公司也在跟进。批量生产电池的企业尚不多，山东海霸能源集团公司宣传较多，有产品上市。

第二篇：磷酸铁锂电池知识

磷酸铁锂电池知识大全

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有很多种，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，而其它正极材料由于多种原因，目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。磷酸铁锂电池是用来做锂离子二次电池的，现在主要方向是动力电池，相对NI-H、Ni-Cd电池有很大优势。磷酸铁锂电池充放电效率，相对高一些。在 88%-90%之间。而铅酸电池约为80%。

磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池，自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合:LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后, 1997年美国德克萨斯州立大学研究群也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性，美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4), 使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比，LiMPO4 的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。

磷酸铁锂电池*构造

正极：正极物质在磷酸铁锂离子蓄电池中以磷酸铁锂(LiFePO4)为主要原料;

负极： 负极活性物质是由碳材料与粘合剂的混合物再加上有机溶剂调和制成糊状，并涂覆在铜基体上，呈薄层状分布;

隔膜板： 称为隔板或称隔离膜片，其功能起到关闭或阻断通道的作用，一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜。所谓关闭或阻断功能是电 池出现异常温度上升时阻塞或阻断作为离子通道的细孔，使蓄电池停止充放电反应。隔膜板可以有效防止因内、外部短路等引起的过大电 流而使电池产生异常发热现象。

PTC 元件：在磷酸铁锂电池盖帽内部，当内部温度上升到一定温度时或电流增大到一定控制值时，PTC 就起到了温度保险丝和过流保险的 作用，会自动拉断或断开，从而形成内部断路。这样电池内部停止了 工作反应，温度降下来。保证了电池的安全使用(双重保险)。

安全阀：为了确保磷酸铁锂电池的使用安全性，一般通过对外部电路 的控制或者在磷酸铁锂电池内部设有异常电流切断的安全装置。即使 这样，在使用过程中也有可能其他原因引起磷酸铁锂电池内压异常上 升，这样，安全阀释放气体，以防止蓄电池破裂或爆开。安全阀实际 上是一次性非修复式的破裂膜，一旦进入工作状态，保护蓄电池使其 停止工作，因此是蓄电池的最后的保护手段。

磷酸铁锂电池*原理

电池充电时，正极材料中的锂离子脱出来，经过电解液，穿过隔膜进入到负极材料中;电池放电时，锂离子又从负极中脱出来，经过电解液，穿过隔膜回到正极材料中。(注：锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的，所以锂离子电池又称“摇椅电池”

磷酸铁锂电池*优势

磷酸铁锂动力电池七大优势:

一、超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而山东海霸能源集团有限公司生产的磷酸铁锂动力电池，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，将达到7-8年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。

二、使用安全，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。

三、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。

四、耐高温，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。

五、大容量。

具有比普通电池(铅酸等)更大的容量。5AH-1000AH(单体)

六、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。

七、绿色环保。该电池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。铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，将对环境够成二次污染，而磷酸铁锂材料无论在生产及使用中，均无污染。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.可见与传统电池相比，磷酸铁锂电池只在价格方面处于一定劣势，其他各项指标明显占据优势。但如果考虑电池寿命，磷酸铁锂电池的价格却是最低的。磷酸铁锂除了振实密度、克容量两个指标略有不足，其他各项指标均占很大优势，尤其是在循环性能、环保性、安全性能、原料成本及应用领域方

磷酸铁锂电池*劣势

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，以下具体分析：

1、导电性差、锂离子扩散速度慢。高倍率充放电时，实际比容量低，这个问题是制约磷酸铁锂产业发展的一个难点。磷酸铁锂之所以这么晚还没有大范围的应用，这是一个主要的问题。

2、振实密度较低。一般只能达到0.8-1.3，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的很大缺点，这决定了它在小型电池如手机电池等没有优势，所以其使用范围受到一定程度的限制。即使它的成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能小量的取代钴酸锂。但这一缺点在动力电池方面不会突出。因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。

3、一致性问题严重。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000次，但是制作出来的电池一致性不佳，进而影响到电池组的使用性能和整体寿命，因此应用在动力汽车上存在一定障碍。

4、磷酸铁锂电池低温性能差。磷酸铁锂材料的固有特点，决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下，对于单只电芯，其0℃时的容量保持率约 60～70%，-10℃时为40～55%，-20℃时为20～40%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。

5、制造成本高。磷酸铁锂具有安全性、环保性、循环次数高等优点是毋庸置疑的，但目前的制造成本相对铅酸电池、锰酸锂电池要高，其主要原因是：

1)材料物理性能和其他锂电材料相差较大，其粒度小，振实密度小，比表面积大，材料的加工性能不好，涂敷量低，导致电池成本增加;

2)磷酸铁锂电池只有 3.2V，比其他的锂电低20%左右，单体电池要多用20%，导致电池组成本上升较多。

随着技术的发展，磷酸铁锂材料上的这些缺点正在逐步得到解决，其性价比也逐步得到提高，应用范围也逐渐扩大，我们相信，磷酸铁锂电池技术已经进入一个飞速发展阶段，正在带动整个产业从市场的培育导入期进入一个高速增长阶段。

磷酸铁锂电池*性能及应用

电动车动力电池主要有四种：铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池和锂动力电池，其中，前三种电池由于电池寿命短，并没有被广泛使用，未来将会逐渐退出历史舞台。锂动力电池虽然性能优势明显，但是因为所用电极材料体系不同，致使其性能又有着千差万别，研究较为成熟的正级材料钴酸锂，由于其安全性较差，基本上不具备制作大容量高功率动力电池的可能性。

而磷酸铁锂电池，具有循环寿命长、结构稳定、安全性能好、成本低廉等诸多优势，并且磷酸铁锂材料无任何有毒有害物质，不会对环境构成任何污染，被世界公认为绿色环保电池材料。国内外电池技术研究专家普遍指出，磷酸铁锂电池作为动力型电源，必将成为铅酸、镍氢及锰、钴等系列电池最有前景的替代品。

正是因为相对其他几种电池，磷酸铁锂电池具有无可比拟的优越性，国内外车企都看到了磷酸铁锂电池的应运潜力，纷纷将磷酸铁锂电池应用于电动车中。磷酸铁锂的研发开始时间，国内外几乎同步，而量产速度中国甚至超过海外。据了解，截止2011年，比亚迪作为全球最先实现磷酸铁锂电池产业化的车企之一，已在惠州市已经投资总计12.01亿元资金，用于磷酸铁锂电池基地建设，并最先将磷酸铁锂电动车投放市场，使电池的性能优势得到了充分证明。国家电网上海公司负责人评价说：“与其他电动车企业相比，比亚迪的电动车运行最稳定，运行效率也最高。”

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事，国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。

本项目属于高新技术项目中功能性能源材料的开发，是国家“863”计划、“973”计划和“十一五”高技术产业发展规划重点支持的领域。

锂离子电池的正极为磷酸铁锂材料，其安全性能与循环寿命有较大优势，这些也正是动力电池最重要的技术指标之一。1C充放循环寿命可做到2000次，穿刺不爆炸，过充时不容易燃烧和爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易并串联使用。

磷酸铁锂电池*电池安全问题

磷酸铁锂电池同样有危险性。因为，磷酸铁锂也是一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。

而锂的化学性质非常活泼，很容易燃烧，当电池充放电时，电池内部持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度，如外壳有伤痕，即会破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。

从技术理论来看，磷酸铁锂电池，对电池的，起火，爆炸，等危险性有小部分的改善，但很不彻底，危险性一样突出。

在各种情况下，电池，外部短路，内部短路，过充。电池，都存在发生危险的可能。

磷酸铁锂电池*使用常识

一、锂离子电池充电

1、对锂离子电池充电，应使用专用的锂离子电池充电器。

2、锂离子电池充电采用“恒流/恒压”方式。

3、充电电压：最大充电电压是4.2V*n(n：串联电池数)

4、充电电流：推荐的充电电流0.5C(如标称容量为1500mAh的电池，充电电流0.5*1500=750mAh)

5、充电温度：电池应在0°C—45°C范围内进行充电。

二、锂离子电池放电

1、放电电流：放电电流应该在1.0C或更小。(如果您希望用大于1.0C的电流对电池放电，请与我们联系)

2、放电温度：电池应在-20°C到+60°C温度范围内进行放电(工作)。

3、放电终止电压：电池的放电终止电压不应小于2.5V*n(n：串联电池数)。电池过放会使电池寿命缩短，严重时会导致电池失效。

磷酸铁锂电池*储存方法

电池可贮存在环境温度为-5°C—35°C，相对湿度不大于75%的清洁、干燥、通风的室内，应避免与腐蚀性物质接触，远离火源及热源。电池电量保持标称容量的30%到50%。推荐贮存的电池每6个月充电一次。

磷酸铁锂电池*市场剖析

磷酸铁锂原料

磷酸铁锂材料原料行业属于资源性行业，全球各地的锂资源基本已为各大公司圈地所占，我们认为在锂资源行业对风险投资已经失去战略性进入的价值。磷源化合物属于传统的化工消耗品，已经具有非常成熟的供应商。相对而言，高质量的铁源化合物国内暂无占有绝对优势的供应商，存在一定的投资机会，投资者可以关注深圳硕田科技，合肥亚龙等在这一领域领先的企业。

国内磷酸铁锂正极材料厂商情况

目前国际上磷酸铁锂材料知名的厂商主要是美国A123、加拿大的Phostech以及美国Valence。这些厂商都已经发展出十分成熟的量产技术，其中最大的产能5000吨/年以上。中国企业从2001年就陆续启动磷酸铁锂材料开发，历经6年时间，北大先行终在2007年突破了磷酸铁锂从实验室技术到中试生产技术的一系列技术及工程问题，并在完善相关工艺过程中，使得磷酸铁锂电池的安全性得到了较大程度的提高与保证，奠定了磷酸铁锂产品系列化和规模产业化的基础。总体来看，国内对磷酸铁锂的技术研发水平及产业化程度与国际基本同步。在产能方面中国的材料供应商与国外大厂差不多，售价比国外要低，但材料加工性能和稳定性略逊一筹。现阶段全国约有50多家电池材料生产厂商，其中真正进入工业化批量生产的仅有天津斯特兰、北大先行、苏州恒正等十余家。虽然真正具备供货能力的企业为数不多，但表明中国企业抓住了此次锂电池发展机遇，使中国锂电在动力电池的产业化走在世界前列。可以看出，国内所有磷酸铁锂材料厂家的产品均各有优缺点，没有一家厂家在技术上绝对的优势，也未有厂家能大规模的量产。

锂电池电解液厂家情况

综合来说，锂电池电解液是个需求量大，毛利率较高的部分，具有巨大的投资价值，现阶段国内市场上，江苏国泰华荣、珠海赛纬电子、天津金牛等公司具有一定的优势。国泰华荣是江苏国泰控股的一家以有机硅材料、锂电池材料为发展方向的国家重点高新技术企业。公司装备技术、生产规模、技术水平和市场占有率在国内均处于领先地位。其电解液产品包括一次锂电池电解液、二次锂离子电池电解液、动力电池电解液和超级电容器电解液等。2008年公司电解液年产能达到3000吨，产能在国内排名第一，占国内30%市场份额，在全球排名第五位。

第三篇：磷酸铁锂电池优缺点

磷酸铁锂电池的优点

通过上述介绍，LiFePO4电池可归纳下述特点。

1.高效率输出：标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；

2.高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好；

3.即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；

4.极好的循环寿命，经500次循环，其放电容量仍大于95%；

5.过放电到零伏也无损坏；

6.可快速充电；

7.大容量、低成本；

8.对环境无污染。

磷酸铁锂电池的缺点

1.电池体积较大

2.产品一致性差。

3.制造成本较高

4.低温环境下，电池容量有较大幅度下降-20°时电池容量不足40%

第四篇：关于磷酸铁锂电池的知识

关于磷酸铁锂电池的知识

导读：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。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。

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。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。

1.介绍

磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，一个主要用途是用作动力电池，相对NI-MH、Ni-Cd电池有很大优势。

磷酸铁锂电池充放电效率较高，倍率放电情况下充放电效率可达90%以上。而铅酸电池约为80%。

2.八大优势

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

231.降低电池内阻，抑制充放电循环过程中的动态内阻增幅； 2.显着提高电池组的一致性，降低电池组成本；

3.提高活性材料和集流体的粘接附着力，降低极片制造成本； 4.减小极化，提高倍率性能，减低热效应； 5.防止电解液对集流体的腐蚀； 6.综合因子进而延长电池使用寿命。7.涂层厚度：常规单面厚1～3μm。

日本和韩国近几年主要开发以改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料为正极材料的动力型锂离子电池，如丰田和松下合资成立的Panasonic EV能源公司、日立、索尼、新神户电机、NEC、三洋电机、三星以及LG等。美国主要开发以磷酸铁锂为正极材料的动力型锂离子电池，如A123系统公司、Valence公司，但美国的主要汽车厂家在其PHEV与EV中却选择锰基正极材料体系动力型锂离子电池，并且据说美国A123公司在考虑进军锰酸锂材料领域，而德国等欧洲国家主要采取和其它国家电池公司合作的方式发展电动汽车，如戴姆勒奔驰和法国Saft联盟、德国大众与日本三洋协议合作等。目前德国的大众汽车和法国的雷诺汽车在本国政府的支持下也正在研发和生产动力型锂离子电池。

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，更为关键的是该材料是否具有根本性的缺陷。

国内现在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、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离子电池正极材料的主要原因。

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，导致锂离子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解决这一问题。美国阿贡国家实验室储能系统中心主任Don Hillebrand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离子电池测试结果表明表明磷酸铁锂电池在低温下(0℃以下)无法使电动汽车行驶。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

酸锂存在的高温循环与储存性能差的难题，凭借其低成本与高倍率性能的优势，在动力型锂离子电池中的应用将有巨大的潜力。4.工作原理与特点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”。

意义

金属交易市场，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。

作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。

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

9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，并且生产出各种不同容量的电池，很快得到广泛地应用。它主要应用领域有：

大型电动车辆：公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等； 轻型电动车：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；

电动工具：电钻、电锯、割草机等； 遥控汽车、船、飞机等玩具； 太阳能及风力发电的储能设备；

UPS及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好)；

替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池(尺寸完全相同)；

小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

这里举一个用磷酸铁锂动力电池替代铅酸电池的应用实例。采用36V/10Ah(360Wh)的铅酸电池，其重量12kg，充一次电可行走约50km，充电次数约100次，使用时间约1年。若采用磷酸铁锂动力电池，采用同样的360Wh能量(12个10Ah电池串联组成)，其重量约4kg，充电一次可行走80km左右，充电次数可达1000次，使用寿命可达3～5年。虽然说磷酸铁锂动力电池的价格较铅酸电池高得多，但总的经济效果还是采用磷酸铁锂动力电池更好，并且在使用上更轻便。

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事，国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。

本项目属于高新技术项目中功能性能源材料的开发，是国家“863”计划、“973”计划和“十一五”高技术产业发展规划重点支持的领域。锂离子电池的正极为磷酸铁锂材料，其安全性能与循环寿命有较大优势，这些也正是动力电池最重要的技术指标之一。1C充放循环寿命可做到2000次，穿刺不爆炸，过充时不容易燃烧和爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易并串联使用。

6.科研应用

磷酸铁锂电池

最近，有关新型电池取得进展、有望取代传统锂电池的报道接连不，让我们看到了手机、平板拥有更长续航时间的希望，不过可惜大部分都停留在实验室研究阶段，何时乃至能否大规模投入商用都不好说。2012年8月，新能源公司Deboch TEC.GmbH又带来了一种更接近现实的新能源技术：含铁的锂电池。

Deboch TEC.GmbH公布的磷酸铁锂电池技术白皮书显示，在使用复合纳米材料后，单节32650规格(直径32mm/长度65mm)电芯的能量密度能够提升到6000mAh，与当前业界32650规格单节5000mAh的规格相比，同等体积提升了足足1000mAh，也就是20%之多，1节就能给iPhone 4S手机反复充电差不多4次。

更令人欣喜的是，在单颗低倍率充放电环境下使用，这种电池在循环使用多达3000次后，电量依旧保持在80%左右，而普通锂电池循环充电500次左右就这德行了。按照每3天充放电一次计算，可以连续使用24年之久，是名符其实的长寿电池。

这种新型电池技术可以广泛应用于便携移动电源、小型UPS、笔记本电池、汽车电瓶等各种设备，而且针对不同使用环境，Deboch TEC.GmbH还按照循环充电次数的差异使用了不同的电芯颜色：面向军工级的为金色，循环次数为3000次；民用汽车领域中使用蓝色，2500次；绿色的、2000次的适用于小型便携式移动设备。

第五篇：磷酸铁锂电池的结构和工作原理

磷酸铁锂电池的结构和工作原理

一、磷酸铁锂

磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池，自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合:LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后, 1997年美国德克萨斯州立大学研究群也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性，美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4), 使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比，LiMPO4 的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。

二、磷酸铁锂电池原理和特点

电池一般包括：正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、密封圈、PTC（正温度控制端子）、电池壳等。其中正极材料、负极材料、电解质以及隔膜的不同或者工艺的不同，对电池的性能和价格有着决定性的影响。

通常所称的锂电池，是以各种含锂材料为正极材料的电池，目前市场上的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4），另外还有少数采用镍酸锂（LiNiO2）以及二元/三元聚合物作正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP）材料作电池正极的锂离子电池，其内部结构如图一所示：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、铝塑复合膜或塑料壳密闭封装。

LiFePO4电池的工作原理是：电池充电时，正极材料中的锂离子脱出来，经过电解液，穿过隔膜进入到负极材料中；电池放电时，锂离子又从负极中脱出来，经过电解液，穿过隔膜回到正极材料中。（注：锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的，所以锂离子电池又称“摇椅电池”）

2、磷酸铁锂电池的性能与特点 2.1 磷酸铁锂电池的优势

一、超长寿命：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在室温下1C充放电循环2000次，容量保持率80%以上；是铅酸电池5倍，镍氢电池的4倍，是钴酸锂电池4倍，是锰酸锂电池4-5倍左右。

二、安全性高：磷酸根化学键的结合力比传统的过渡金属氧化物结构化学键强，所以结构更加稳定，并且不易释放氧气。磷酸铁锂电池在高温下的稳定性可达400以上，保证了电池内在的高安全性；不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。

三、环保且不需要稀有金属：磷酸铁锂电池不含任何（锂之外）重金属或者稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为环保电池。

四、充电速度快，自放电少，无记忆效应：磷酸铁锂电池可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，2C充电30分钟内即可使电池充满95%，起动电流可达2C，而铅酸电池现在无此性能。

五、体积小，重量轻：商品设计可轻量化，体积是相同容量铅酸电池的2/3，也较镍氢电池体积小；重量是相同容量铅酸电池的1/3，镍氢电池的2/3左右；

六、电池单体电压高，放电平台稳定：为3.2V，串联少，电池组可靠性高；电池组可靠性高，可作大电流高功率充放电高倍率放电特性：10C充放电效率达到 96%以上，容量保持率90%以上，可实现10C放电；

综上可知，磷酸铁锂电池相对传统电池和其它锂电池，具有自身明显的优势，表1和表2对其性能和传统电池及锂电池进行比较

可见与传统电池相比，磷酸铁锂电池只在价格方面处于一定劣势，其他各项指标明显占据优势。但如果考虑电池寿命，磷酸铁锂电池的价格却是最低的。

磷酸铁锂除了振实密度、克容量两个指标略有不足，其他各项指标均占很大优势，尤其是在循环性能、环保性、安全性能、原料成本及应用领域方面。

2.2 磷酸铁锂电池的劣势

1、导电性差、锂离子扩散速度慢。高倍率充放电时，实际比容量低，这个问题是制约磷酸铁锂产业发展的一个难点。磷酸铁锂之所以这么晚还没有大范围的应用，这是一个主要的问题。

2、振实密度较低。一般只能达到0.8-1.3，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的很大缺点，这决定了它在小型电池如手机电池等没有优势，所以其使用范围受到一定程度的限制。即使它的成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能小量的取代钴酸锂。但这一缺点在动力电池方面不会突出。因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。

3、一致性问题严重。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000次，但是制作出来的电池一致性不佳，进而影响到电池组的使用性能和整体寿命，因此应用在动力汽车上存在一定障碍。

4、磷酸铁锂电池低温性能差。磷酸铁锂材料的固有特点，决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下，对于单只电芯，其0℃时的容量保持率约 60～70%，-10℃时为40～55%，-20℃时为20～40%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。

5、制造成本高。磷酸铁锂具有安全性、环保性、循环次数高等优点是毋庸置疑的，但目前的制造成本相对铅酸电池、锰酸锂电池要高，其主要原因是：1）材料物理性能和其他锂电材料相差较大，其粒度小，振实密度小，比表面积大，材料的加工性能不好，涂敷量低，导致电池成本增加；2）磷酸铁锂电池只有 3.2V，比其他的锂电低20%左右，单体电池要多用20%，导致电池组成本上升较多。

随着技术的发展，磷酸铁锂材料上的这些缺点正在逐步得到解决，其性价比也逐步得到提高，应用范围也逐渐扩大，我们相信，磷酸铁锂电池技术已经进入一个飞速发展阶段，正在带动整个产业从市场的培育导入期进入一个高速增长阶段。

三、磷酸铁锂电池产业链剖析 3.1 磷酸铁锂电池产业链结构

表3详细的例举了磷酸铁锂电池产业链上各环节利润率情况及代表厂商

3.2 磷酸铁锂原料

磷酸铁锂材料原料行业属于资源性行业，全球各地的锂资源基本已为各大公司圈地所占，我们认为在锂资源行业对风险投资已经失去战略性进入的价值。磷源化合物属于传统的化工消耗品，已经具有非常成熟的供应商。相对而言，高质量的铁源化合物国内暂无占有绝对优势的供应商，存在一定的投资机会，投资者可以关注深圳硕田科技，合肥亚龙等在这一领域领先的企业。

3.3 国内磷酸铁锂正极材料厂商情况

目前国际上磷酸铁锂材料知名的厂商主要是美国A123、加拿大的Phostech以及美国Valence。这些厂商都已经发展出十分成熟的量产技术，其中最大的产能5000吨/年以上。中国企业从2001年就陆续启动磷酸铁锂材料开发，历经6年时间，北大先行终在2007年突破了磷酸铁锂从实验室技术到中试生产技术的一系列技术及工程问题，并在完善相关工艺过程中，使得磷酸铁锂电池的安全性得到了较大程度的提高与保证，奠定了磷酸铁锂产品系列化和规模产业化的基础。总体来看，国内对磷酸铁锂的技术研发水平及产业化程度与国际基本同步。在产能方面中国的材料供应商与国外大厂差不多，售价比国外要低，但材料加工性能和稳定性略逊一筹。现阶段全国约有50多家电池材料生产厂商，其中真正进入工业化批量生产的仅有天津斯特兰、北大先行、苏州恒正等十余家。虽然真正具备供货能力的企业为数不多，但表明中国企业抓住了此次锂电池发展机遇，使中国锂电在动力电池的产业化走在世界前列。表4详细的列举了国内前10位的 LFP材料企业及其发展情况

可以看出，国内所有磷酸铁锂材料厂家的产品均各有优缺点，没有一家厂家在技术上绝对的优势，也未有厂家能大规模的量产。

3.4 负极材料厂家情况

负极材料的平均毛利率大概在20-30%之间，属于整个新能源电池行业毛利率偏低的领域，这和这个领域技术比较成熟，供货厂家较多有关。在这一领域有两家厂商值得关注：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司和上海杉杉科技有限公司。

深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司开发的“高能量低密度锂离子电池负极材料（BTR-158-B）”新产品荣获广东省重点新产品称号。根据日本IIT咨询公司锂电池相关研究报告，2008年贝特瑞在全球负极材料行业市场占有率为11%，排名第三位，仅次于日 4 本的日立化成（Hitachi Chemical）和精工碳素（Nippon Carbon），在中国市场的占有率则排名第一，2008年市场供货量达到2360吨，主要客户为力神、ATL、比克和A123。

上海杉杉科技有限公司是由杉杉集团与宁波杉杉股份[16.85 0.90%]有限公司共同投资组建。现主营锂离子电池炭负极材料---中间相炭微球（简称CMS）、改性人造石墨微粉（简称CMP）的生产和销售，年产能达到1200吨。根据日本IIT咨询公司报告，上海杉杉2008年负极材料实际供货量达到1650吨，市场占有率位列第6名，主要客户为BYD、力神、ATL及比克。

3.5 隔膜厂家情况

隔膜属于技术含量高，投资较大的产业，现阶段国内在隔膜技术上尚未形成突破，高端主要以进口为主，导致隔膜价格高昂，但是对企业来说可以享受较高的毛利。国内在隔膜领域有一定技术积累和规模的企业是深圳的星源材质和金辉高科。

深圳市星源材质是专业从事微孔隔膜研发、生产和销售的高新科技企业。公司承担两项国家863开发项目；四项科研成果通过鉴定；申请专利34项；锂电池隔膜生产技术处于国内领先地位。目前，公司拥有干法生产线两条，湿法生产线一条，可以生产12μm到40μm不同规格的锂电池隔膜，其中干法生产线于 2008年1月启动，总投资人民币4788万元，年产能1000万平方米，该生产线于2008年9月正式投产，成为我国具有国际水平的干法生产锂电池隔膜的第一家。此外，年设计生产能力5000万平方米的锂电池隔膜生产基地正在建设之中。公司先后被评为国家火炬计划重点企业，深圳市民营领军骨干企业，最近又被福布斯评为09年最有潜力企业。

佛山市金辉高科光电材料有限公司由佛塑股份与BYD共同出资281万美元组建，其中佛塑股份占55%股权；BYD占45%股权，经营范围包括离子渗透微孔薄膜、功能性聚合物膜片、绝缘薄膜、各种用途半透膜等环保用有机膜类制品，拥有特种电池用离子渗析微孔薄膜生产能力756万平方米/ 年。根据佛塑股份最新公告：预计金辉高科2008年实现营业收入7592万元，净利润3585万元。

3.6 锂电池电解液厂家情况

综合来说，锂电池电解液是个需求量大，毛利率较高的部分，具有巨大的投资价值，现阶段国内市场上，江苏国泰华荣、珠海赛纬电子、天津金牛等公司具有一定的优势。

国泰华荣是江苏国泰控股的一家以有机硅材料、锂电池材料为发展方向的国家重点高新技术企业。公司装备技术、生产规模、技术水平和市场占有率在国内均处于领先地位。其电解液产品包括一次锂电池电解液、二次锂离子电池电解液、动力电池电解液和超级电容器电解液等。2008年公司电解液年产能达到3000吨，产能在国内排名第一，占国内30%市场份额，在全球排名第五位。目前公司在江苏扬子江化工园区新建了5000万吨产能，厂房已经建设完毕，预计09年10-11月正式生产。

珠海市赛纬电子材料有限公司是一家新成立的高科技民营企业，一期投资1000万元人民币新建产能为年产1000吨的锂电池，锂离子电池和超级电容器电解液生产线，厂区占地面积3000平方米，主要生产和销售功能型电解液：提高锂离子电池高温性能，安全性和低温性能等锂离子电池和聚合物电池电解液，为客户量身定制适用于锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料，改性天然石墨等正负极材料的电解液。

天津金牛电源材料有限责任公司是由河北邢台矿业（集团）有限责任公司与天津化工研究设计院共同出资组建的。现已建成的成套的电解质盐生产、溶剂精制、电解液配制和包装生产线，主要产品有：六氟磷酸锂（规模为80吨/年）、高纯溶剂（规模为500吨/年）、锂离子电池用电解液以及相关电池材料。天津金牛公司是国内唯一一家采用自主研发技术、国产原料与装备生产六氟磷酸锂产品的企业。

3.7 电芯制造厂家情况

电芯生产由于生产工艺和技术相对成熟，在有稳定的正极材料货源情况下，国内大部分锂离子电池厂商均能生产出磷酸铁锂电芯，但由于制造动力电池涉及到电芯的组合，必须保证电芯的一致性，这样对电池的生产设备提出了更高更专业的要求，所以设备资金投入很大，一般来说，建设一条磷酸铁锂电芯生产线至少需要 5000万元的启动资金。创业企业在进入这一领域会非常困难，传统的电池生产企业将具有较大的优势。下表列出了国内电芯生产的主要企业及其情况。

生产工艺流程：

购买设备清单：

生产车间规划：