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、 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部，当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，从而形成部断路。这样电池部停止了 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，而海霸能源集团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，电池部持续升温，活化过程 中所产生的气体膨胀，电池压加大，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，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 围进行充电。

 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 温度围进行放电(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， 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，投资者可以关注硕田科技，亚龙等在这一领域领先的企业。

国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、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，现阶段国市场上，国泰华荣、赛纬电子、天津金牛等公司具有一定的优势。 国泰华荣是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，产能在国排名第一，占国 30%市场份额，在全球排名第五位。