磷酸鐵鋰電池正極材料的優(yōu)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(yōu)缺點。磷酸鐵鋰正極材料因其優(yōu)良的電化學(xué)性能,被認(rèn)為是最具應(yīng)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(shù)鋰離子電池使用的正極材料。

　　鋰電池的主要構(gòu)成材料包括電解液、隔離材料、正負(fù)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(jīng)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(chǎn)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(shù)發(fā)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(yīng)、體積小、內(nèi)阻小、自放電少、循環(huán)次數(shù)多，價格低廉，無毒性，不會造成環(huán)境污染。因其上述特點，磷酸鐵鋰電池已應(yīng)用到移動電話、筆記本電腦、攝像機、數(shù)碼相機等眾多民用及軍事領(lǐng)域。世界各國正競相實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

　　磷酸鐵鋰電池正極材料的優(yōu)點

　　1.高能量密度：其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)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(guī)定，為絕對的綠色環(huán)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(guān)，使用溫度過低或者過高在其充放電過程及使用過程均產(chǎn)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(nèi)將電池充滿;

　　5.重量輕:同等規(guī)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(wěn)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(wěn)定性，磷酸鐵鋰電池已經(jīng)成為鋰離子動力電池的重要發(fā)展方向。

　　磷酸鐵鋰電池正極材料的缺點

　　1.導(dǎo)電性差。這個問題是其最關(guān)鍵的問題。磷酸鐵鋰電池之所以還沒有大范圍的應(yīng)用，這是一個主要的問題。但是，這個問題目前已經(jīng)可以得到完美的解決：就是添加C或其它導(dǎo)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(yōu)勢。即使它的成本低，安全性能好，穩(wěn)定性好，循環(huán)次數(shù)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(fù)極材料之間形成較大的電位差，帶來能量密度高的電芯設(shè)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(tǒng)內(nèi)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(shù)大，鋰離子在材料內(nèi)部的移動更迅速，嵌入和脫嵌的能力強。是影響電芯內(nèi)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(wěn)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(fā)生反應(yīng)，以及在較高溫度下依然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且仍然不易與電解液反應(yīng)。這樣的材質(zhì)，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(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是材料得到推廣應(yīng)用的有利條件。

　　以上就是磷酸鐵鋰電池正極材料的優(yōu)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(shè)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(chǎn)生影響。