酸铁锂电池详解

一、 磷酸铁锂电池定义
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。
磷酸铁锂由于具有安全性与循环寿命优势、材料成本的诱惑，正在逐步进入
锂离子动力电池市场。
二、 磷酸铁锂正极材料
1997 年A.K.Padhi 首次报导磷酸铁锂（LiFePO4）具有脱嵌锂功能。该材料
具有橄榄石型磷酸盐类嵌锂材料,LiMPO4（M：Mn，Fe，Co，Ni）, 成为很有潜
力的锂离子电池正极材料。磷酸铁锂作为锂离子电池用正极材料具有良好的电化
学性能，充放电平台十分平稳，充放电过程中结构稳定。同时，该材料无毒、无
污染、安全性能好、可在高温环境下使用、原材料来源广泛等优点，是目前电池
界竞相开发研究的热点。
该材料具有发上图所示的晶体结构。
工作电压范围：2.5～3.6V，平台约3.3V，比钴酸锂电池3.7V 低一些。
由于该材料导电性差，需往磷酸铁锂颗粒内部掺入导电碳材料或导电金属微
粒，或者往磷酸铁锂颗粒表面包覆导电碳材料，提高材料的电子电导率；或掺杂
金属离子来提高导电性。这样材料的密度低，做成电池的体积比容量低，只有
180Wh/L（钴酸锂可做到400Wh/L 以上），在小电池领域，同样尺寸电池只有
现有电池容量的一半不到。
三、 磷酸铁锂电池及其优缺点
磷酸铁锂的优点：
1、安全。磷酸铁锂的安全性能是目前所有的材料中最好的。当然它和其它
磷酸盐的安全性能也基本一样，用磷酸铁锂做电池，绝对不用担心爆炸问题的存
在。
2、稳定性高。包括高温充电的容量稳定性好，储存性能好等。这点是最大
的优点，在所有知道的材料中，也是最好的。
3、环保。整个生产过程清洁无毒。所有原料都无毒。不像钴是有毒的物质。
4、价格便宜。磷酸盐采用磷酸源和锂源以及铁源为材料，这些材料都十分
便宜，无战略资源及稀有资源。
磷酸铁锂的缺点：
1、导电性差。这个问题是其最关键的问题。磷酸铁锂之所以这么晚还没有
大范围的应用，这是一个主要的问题。但是，这个问题目前已经可以得到完美的
解决：就是添加C 或其它导电剂。实验室报道可以达到160mAh/g 以上的比容量。
我们公司生产的磷酸铁锂材料在生产过程中已经添加了导电剂，不需要制作电池
时添加。实际上材料应该为：LiFePO4/C，这样一个复合材料。
2、振实密度较低。一般只能达到1.3-1.5，低的振实密度可以说是磷酸铁锂
的最大缺点。这一缺点决定了它在小型电池如手机电池等没有优势。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。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、目前研究开发还不深入。目前以磷酸铁锂作为正极材料的产业化情况并
不乐观。因为还是最近两年发展起来的，所以各方面的研究还需要继续深入。
四、 其它
在动力电池领域，由于钴酸锂的安全问题和高昂的价格，使其一直在动力
电池门外徘徊，始终没有完全进入动力电池领域。现在的情况是钴酸锂和锰酸锂
小批量配合使用，但是由于其固有的缺陷，使得其始终没有大批量的进行商业化
运作，产品只是在小批量试生产阶段，目前大规模的商业化运作还有一些难以克
服的困难。在动力电池领域磷酸基正极材料依其超长的循环寿命，极好的安全性
能，较好的高温性能，极其低廉的价格，而且低温性能和倍率放电已经可以达到
钴酸锂的水平等，使其成为最有希望的动力电池材料，其在未来的5 年内可能会
成镍镉电池的主要替代品，在未来的10 年内会成为铅酸电池的有力竞争者，在
未来的20 年内可能会取代铅酸电池，成为主要的启动电源、UPS 电源和后备电
源，成为二次电池的老大。
现在磷酸铁锂最主要的问题是容量偏低, 制造成本偏高,在电池生产上加工
困难(制浆,拉浆,辊轧等工序都需要特殊处理,很多企业不能很好的处理)倍率放电
不稳定(需要特定的电池工艺配合,受工艺影响很大)而现在电器的使用趋势是小
巧型发展,所以对电池也有同样的要求高体积能量密度.从容量上看磷酸铁锂没有
前途,在特定的电池领域使用较有优势，如动力电池。
磷酸铁锂振实密度比较低,比表面积很大,需要改变电池先行工艺,而且电池
极片的面密度低所以同样型号的电池容量更低。
电解液也需重新开发适用的电解液体系，用现有的成熟电解液难发挥其性
能。
另外，由于磷酸铁锂电池的工作电压范围在2.5～3.6V，平台为3.3V 左右，
没有批量配套的保护线路和充电器，较难在现有的电子设备上发挥出其特性，需
要一个整体的行业整合。
产业化方面：
国外做得较早的为是美国Valence（威能）公司和A123（高博）公司，这
两家公司都在国内（江苏）有材料生产企业生产磷酸铁锂正极材料，然后采用委
托其它电池公司代工生产电池出口。
国内目前已经有很多公司在作测试，研究，小批量试产材料，北大先行，
中辉振宇，山西力之源等比较活跃，湖南瑞祥与杉杉公司也在跟进。批量生产电
池的企业尚不多，山东海霸能源集团公司宣传较多，有产品上市。