影響低溫鐵鋰電池的因素

導(dǎo)電性差、鋰離子擴散速度慢。高倍率充放電時，實際比容量低，這個問題是制約磷酸鐵鋰電池發(fā)展的一個難點。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大范圍的應(yīng)用，這是一個主要的問題。但是，導(dǎo)電性差目前已經(jīng)得到比較完美的解決：就是添加C或其它導(dǎo)電劑。目前在實際生產(chǎn)過程中通過在前驅(qū)體添加有機碳源和高價金屬離子聯(lián)合摻雜的辦法來改善材料的導(dǎo)電性（A123、煙臺卓能正采用這種方法），研究表明，磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率提高了7個數(shù)量級，使磷酸鐵鋰具備了和鉆酸鋰相近的電導(dǎo)特性。實驗室報道當(dāng)0.1C充放電時，可以達(dá)到165mAh/g以上的比容量，實際達(dá)到135-145mAh/g，基本接近鉆酸鋰的水平；但是鋰離子擴散速度慢的問題到目前仍然沒有得到較好的解決，目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO4晶粒，從而減少鋰離子在晶粒中的擴散距離，再者就是摻雜改善鋰離子的擴散通道，后一種方法看起來效果并不明顯。納米化已經(jīng)有較多的研究，但是難以應(yīng)用到實際的工業(yè)生產(chǎn)中，目前只有A123宣稱掌握了LiFePO4的納米化產(chǎn)業(yè)技術(shù)。

振實密度較低。一般只能達(dá)到0.8-1.3，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰的很大缺點。所有磷酸鐵鋰正極材料決定了它在小型電池如手機電池等沒有優(yōu)勢，所以其使用范圍受到一定程度的限制。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，也只能小量的取代鉆酸鋰。但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。

磷酸鐵鋰電池低溫性能差。盡管人們通過各種方法（例如鋰位、鐵位、甚至磷酸位的摻雜改善離子和電子導(dǎo)電性能，通過改善一次或二次顆粒的粒徑及形貌控制有效反應(yīng)面積、通過加入額外的導(dǎo)電劑增加電子導(dǎo)電性等）改善磷酸鐵鋰的低溫性能，但是磷酸鐵鋰材料的固有特點，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯（注意是單只而非電池組，對于電池組而言，實測的低溫性能可能會略高，這與散熱條件有關(guān)）而言，其0℃時的容量保持率約60~70%，-10℃時為40~55%，-20℃時為20~40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升，但還未真正滿足需求。

電池存在一致性問題。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過2000次，但電池組的壽命會大打折扣，有可能是500次。因為電池組是由大量單體電池串并而成，其工作狀態(tài)好比一群人用繩子綁在一起跑步，即使每個人都是短跑健將，如果大家的動作一致性不高，隊伍就跑不快，整體速度甚至比跑得最慢的單個選手的速度還要慢。電池組同理，只有在電池性能高度一致時，壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。而在現(xiàn)有的條件下，由于種種原因，制作出來的電池一致性不佳，進(jìn)而影響到電池的使用性能和整體壽命，因此應(yīng)用在動力汽車上存在一定障礙。

影響電池產(chǎn)品一致性的因素主要有三點：

1）原材料的品質(zhì)：特別是磷酸鐵鋰材料系新生事物，其制造設(shè)備、合成工藝都不安全成熟、品質(zhì)易出現(xiàn)波動，導(dǎo)致電池產(chǎn)品一致性受到影響。

2）生產(chǎn)環(huán)境：磷酸鐵鋰電池做誒一個化工原料眾多、工藝繁雜的高科技產(chǎn)品，其生產(chǎn)環(huán)境對溫度、濕度、粉塵等都有很高的要求，如果沒有控制到位，電池品質(zhì)將出現(xiàn)波動。

3）制造設(shè)備：生產(chǎn)過程中手工的成分越少、設(shè)備自動化程度越高，電池一致性越好。

因此，磷酸鐵鋰電池要做到一致性好，關(guān)鍵是：1）原材料的把握；2）精密的電池生產(chǎn)設(shè)備；3）對工藝制作及流程的關(guān)鍵位有精細(xì)的控制模式；還有重要一點的是，配料過程的控制，特別是漿料的均勻一致性特別重要，在每個步驟都要做到充分均勻。也就是說，只要生產(chǎn)工藝實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，磷酸鐵鋰電池的一致性問題可以得到有效解決。

制造成本高。磷酸鐵鋰具有安全性、環(huán)保性、循環(huán)次數(shù)高等優(yōu)點是毋庸置疑的，但目前的制造成本相對鉛酸電池、錳酸鋰電池要高，主要是工藝和技術(shù)方面的原因，致使材料的產(chǎn)能和良率不高。但通過合適的制備設(shè)備、制備工藝和元素?fù)诫s的方法，這一問題可以得到有效解決。

LiFePO4活性材料粒徑的大小對電池的低溫放電性能影響較大。粒徑減小，一方面鋰離子在LiFePO4材料內(nèi)部擴散路徑減小，另一方面材料的活性比表面積增大，電化學(xué)反應(yīng)活性增加，因此，小粒徑的LiFePO4電池在-30℃以低倍率放電時中點電壓高于大粒徑的LiFePO4電池。

但是，當(dāng)電池在低溫大倍率放電時，顆粒與顆粒之間的接觸電阻會成為影響電池低溫放電性能的主要因素[5]，與大粒徑的LiFepO4材料相比，小粒徑的LiFepO4材料其顆粒與顆粒之間的接觸點數(shù)量增加，電阻亦會增加，因此小粒徑的LiFePO4電池的低溫大倍率放電中點電壓反而低于大粒徑的LiFePO4電池。