磷酸鋰鐵電池的優(yōu)缺點

磷酸鋰鐵電池的工作原理：

當外部電源給電池充電，此時正極上的電子e從通過外部電路跑到負極上，鋰離子工i+從正極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達負極，與早就跑過來的電子結合在一起。當電池放電時，機理與充電是剛好是相反的，以LiFePO4為例，其化學反應方程式為：

充電：LiFePO4 – xLi﹢ – xe- → xFePO4 +（1-x）LiFePO4

放電：FePO4 + xLi﹢ + xe- → xLiFePO4+（l-x）LiFePO4

一、磷酸鋰鐵電池的優(yōu)點

1、LiFePO4電池的標稱電壓是3.2V（穩(wěn)定的放電平臺）、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V；

2、比容量大，高效率輸出：標準放電為2~5C、連續(xù)高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電（10S）可達20C；

3、工作溫度范圍寬廣（-20℃—+75℃），高溫時性能良好：外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃，電池放電結束時溫度可達160℃，電池內部結構安全、完好；

4、即使電池內部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；

5、極好的循環(huán)壽命，在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上；（原因：磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)定性好，鋰離子的嵌入和脫出對晶格的影響不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是電子離子傳到率差，不適宜大電流的充放電，在應用方面受阻。解決方法：在電極表面包覆導電材料、摻雜進行電極改性。

6、過放電到零伏也無損壞，零電壓存放7天后電池無泄漏，性能良好，容量為100%；存放30天后，無泄漏、性能良好，容量為98%；存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復到100%。

7、可快速充電，自放電少，無記憶效應：可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內即可使電池充滿，起動電流可達2C；

8、高能量密度：其理論比容量為170mAh/g，產品實際比容量可超過140mAh/g（0.2C，25℃）；

9、安全性：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；

10、無記憶效應；

11、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小時內將電池充滿。

原料來源豐富、價廉，環(huán)境友好，不含任何對人體有害的重金屬元素

12、熱穩(wěn)定性好：磷酸鐵鋰熱穩(wěn)定性很好，F(xiàn)ePO4在210~410C的溫度范圍內放出的熱量僅為210j/g；

LiCoO2充電狀態(tài)（CoO2）開始分解產生氧氣的溫度為240℃，放出熱量約為1000j/g

13、循環(huán)性能好：由于LiFePO4與FePO4結構相似，鋰離子脫出/嵌入后，LiFePO4晶體結構幾乎不發(fā)生重排。

8、低成本；

9、對環(huán)境無污染。

二、磷酸鋰鐵電池的缺點

1.導電性差：目前在實際生產過程中通過在前驅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特性。

2.鋰離子擴散速度慢。目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO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，但是難以應用到實際的工業(yè)生產中，目前只有A123宣稱掌握了LiFePO的納米化產業(yè)技術。

3.振實密度較低。般只能達到0.8-1.3，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰的最大缺點。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。

4.磷酸鐵鋰電池低溫性能差。在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。當前一些廠家通過改進電解液體系、改進正極配方、改進材料性能和改善電芯結構設計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。

電子導電率低、離子擴散系數(shù)低、振實密度不高、合成成本略高

三、磷酸鋰鐵缺點彌補方法

磷酸鋰鐵缺點彌補方法有：碳包覆改善電子導電性、添加金屬粒子、導電有機物包覆、摻雜金屬離子改善電子導電性、合成小粒度材料減少擴散距離、合成粒度可控的類球形顆粒。

1、碳包覆技術

原料混合式加入

（1）直接加入碳：石墨、炭黑、乙炔黑等；

（2）熱解后能轉變?yōu)樘嫉奈镔|：葡萄糖、蔗糖、白糖、聚丙烯、聚丙烯酰胺、

聚丙烯酸鋰、聚乙烯醇、檸檬酸、煤油、β-環(huán)糊精、乙醇和酚醛樹脂等

2、燒結結束時加入

在磷酸鐵鋰燒結束后的降溫階段，對其噴灑甲醇，甲醇受熱分解碳化，在磷酸鐵鋰表面形成碳膜

3、添加金屬粒子

（1）利用銀鏡反應在磷酸鐵鋰表面鍍銀

（2）直接在混料時加入銀或銅的顆粒

4、導電有機物包覆

在磷酸鐵鋰的表面聚合聚吡咯、聚塞吩、聚苯胺等導電有機物

5、摻雜金屬離子

采用球磨混合原料再進行固相合成的方法合成六種摻雜物質Li1-xMxFePO4

（M=Mg、Al、Ti、Zr、Nb、W）。摻雜后材料的電子電導率較LiFePOa的電子電導率提高了8個數(shù)量級，室溫下達到10-2S·cm-1