1,安全性能的提高
磷酸亞鐵鋰晶體中的P-O鍵穩定,不易分解。即使在高溫或過充的情況下,也不會崩潰發熱或像鈷酸鋰壹樣形成強氧化性物質,安全性好。有報道稱,在實際操作中的針刺或短路實驗中發現少量樣品燃燒,但沒有發生爆炸。在過充實驗中,用高電壓充電,發現還是有爆炸。盡管如此,它的過充安全性與普通的液態電解質鈷酸鋰電池相比還是有了很大的提高。
2.提高使用壽命
磷酸鐵鋰電池是指以磷酸亞鐵鋰為正極材料的鋰離子電池。
長壽命鉛酸電池循環壽命在300次左右,最高循環壽命500次,而磷酸亞鐵鋰動力電池循環壽命在2000次以上,標準充電(5小時率)可達2000次。同樣質量的鉛酸電池“新半年、舊半年、維修半年”,最長時間為1~1.5年,而磷酸鐵鋰電池在同等條件下理論壽命會達到7~8年。綜合考慮,性價比理論上是鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可以大電流2C快速充放電。在專用充電器下,1.5C可以在40分鐘內將電池充滿,啟動電流可以達到2C,而鉛酸電池沒有這樣的性能。
3、良好的高溫性能
磷酸鐵鋰的電熱峰值可達350℃-500℃,而錳酸鋰和鈷酸鋰只有200℃左右。工作溫度範圍寬(-20℃-+75℃),耐高溫的磷酸鐵鋰峰值電熱可達350℃-500℃,而錳酸鋰和鈷酸鋰只有200℃左右。
4.大容量
比普通電池(鉛酸等)容量大。).5AH-1000AH(單體)
5.沒有記憶效應
充電電池經常在充滿電的情況下工作,容量會很快降到額定容量以下。這種現象被稱為記憶效應。比如鎳氫、鎳鎘電池有記憶,磷酸鐵鋰電池就沒有這種現象。無論電池處於什麽狀態,都可以邊充電邊使用,無需先放電再充電。
6.輕量
同樣規格和容量的磷酸鐵鋰電池體積是鉛酸蓄電池的2/3,重量是鉛酸蓄電池的1/3。
7.環境保護
總的來說,這款電池被認為不含任何重金屬和稀有金屬(鎳氫電池需要稀有金屬),無毒(通過SGS認證),無汙染,符合歐洲RoHS法規,是絕對的綠色電池證書。所以鋰電池之所以被業界看好,主要是出於環保方面的考慮。因此,電池已被列入“十五”期間國家“863”高技術發展計劃,成為國家支持和鼓勵的重點項目。隨著中國加入WTO,中國電動自行車的出口量將迅速增加,進入歐美的電動自行車已被要求配備無汙染電池。
但也有專家表示,鉛酸電池造成的環境汙染主要發生在企業不規範的生產過程和回收過程中。同樣,鋰電池屬於新能源行業是好的,但也避免不了重金屬汙染的問題。金屬材料加工過程中的鉛、砷、鎘、汞和鉻可能會釋放到灰塵和水中。電池本身是壹種化學物質,所以可能存在兩種汙染:壹種是生產工程中工藝廢料的汙染;二是報廢後的電池汙染。
磷酸鐵鋰電池也有壹些缺點,比如低溫性能差,正極材料振實密度低,同樣容量的磷酸鐵鋰電池體積比鈷酸鋰等鋰離子電池大,在微型電池中沒有優勢。磷酸鐵鋰電池用於動力電池時,和其他電池壹樣,需要面對電池壹致性的問題。
8.動力電池的比較
目前最有前景的動力鋰離子電池正極材料是改性錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)和錳酸鎳鈷鋰(Li(Ni,Co,Mn)O2)。鎳鈷錳酸鋰三元材料由於鈷資源匱乏、鎳鈷含量高、價格波動大,壹般認為難以成為電動車動力鋰離子電池的主流,但在壹定範圍內可以與尖晶石錳酸鋰混合使用。
二、磷酸鐵鋰電池的缺點
壹種材料是否具有應用開發潛力,不僅取決於它的優點,還取決於它的根本缺陷。
目前,我國普遍選擇磷酸亞鐵鋰作為動力鋰離子電池的正極材料。政府、科研機構、企業甚至證券公司等市場分析人士都看好這種材料,並將其視為動力鋰離子電池的發展方向。原因主要有兩點:壹是受美國研發方向的影響,美國Valence和A123公司率先采用磷酸亞鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料。其次,國內還沒有制備出高溫循環和儲存性能良好的動力鋰離子電池用錳酸鋰材料。但是磷酸亞鐵鋰也有不可忽視的根本性缺陷,可以總結為:
1.在磷酸亞鐵鋰制備的燒結過程中,氧化鐵可以在高溫還原氣氛中被還原成元素鐵。元素鐵會造成電池微短路,是電池中最忌諱的物質。這也是日本壹直沒有將這種材料作為動力鋰離子電池正極材料的主要原因。
2.磷酸亞鐵鋰存在壹些性能缺陷,如振實密度和壓實密度低,導致鋰離子電池能量密度低。低溫性能差,即使納米化,碳包覆,這個問題也沒有解決。美國阿貢國家實驗室儲能系統中心主任DonHillebrand博士形容磷酸鐵鋰電池的低溫性能很可怕。他們對磷酸亞鐵鋰鋰離子電池的測試結果顯示,磷酸鐵鋰電池無法在低溫(0℃以下)下驅動電動車。雖然有廠家宣稱磷酸鐵鋰電池低溫下容量保持率好,但這是在放電電流小,放電截止電壓低的情況下。在這種情況下,設備根本無法開始工作。
3.該材料的制備成本高於電池,電池成品率低,壹致性差。納米磷酸亞鐵鋰和碳包覆雖然提高了材料的電化學性能,但也帶來了其他問題,如能量密度降低、合成成本增加、電極加工性能差、環境要求苛刻等。雖然磷酸亞鐵鋰中的化學元素Li、Fe、P含量豐富,價格低廉,但制得的磷酸亞鐵鋰產品成本並不低。即使除去之前的研發成本,材料的工藝成本加上更高的制備電池的成本,也會使得最終的單位儲能成本更高。
4.產品壹致性差。目前國內還沒有磷酸亞鐵鋰材料廠能解決這個問題。從材料制備的角度來看,磷酸亞鐵鋰的合成是壹個復雜的多相反應,包括固體磷酸鹽、氧化鐵和鋰鹽、碳前驅體和還原氣相。在這個復雜的反應過程中,很難保證反應的壹致性。
5.知識產權。磷酸亞鐵鋰最早的專利申請由Fxmittermeier &: SOEHNEOHG(DE)於1993年6月25日提出,同年8月19日公布申請結果。磷酸亞鐵鋰的基本專利是德克薩斯大學的,而碳包覆專利是加拿大人申請的。這兩個基礎專利是繞不過去的。如果將版稅計入成本,產品成本將進壹步增加。