磷酸铁锂、动力电池基础介绍.doc

磷酸铁锂的诞生 1996年，日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合iFeCOPO4)的橄榄石结构的锂离子电池正极材料，次年美国德克萨斯州立大学John. B. Goodenough等研究群，接着也报导了磷酸铁锂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(磷酸铁锂), 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，磷酸铁锂的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。 磷酸铁锂电池的结构与工作原理 磷酸铁锂电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。 磷酸铁锂运作的原理 磷酸铁锂橄榄石结构的锂离子电池正极材料，已经有多家上游专业材料厂展开量产，预料将彻底大幅扩张锂电池的应用领域，将锂电池带到扩展至电动自行车、油电混合车与电动车的新境界；日本东京工业大学由山田淳夫教授所领导的一个研究小组，在2008年8月11日出版的《自然材料》报告说，磷酸铁锂锂离子电池将会被用作清洁环保的电动汽车的动力装置，其前景被普遍看好。由山田淳夫教授所领导的东京工业大学与东北大学的联合研究人员，使用中子射线照射磷酸铁，然后分析中子和物质之间的相互作用来研究锂离子在磷酸铁中的运动状态。研究人员的结论是，在磷酸铁锂中，锂离子按照一定方向笔直地扩散开去，这与锂离子在现有的钴等电极材料中的运动方式不同。这样的结论与原先推估的理论完全一致，使用中子绕射分析的结果，更加证实了磷酸铁锂可以确保锂电池的大电流输出输入的安全性。 锂电池采用磷酸铁锂做正极的意义 当前锂电池的正极材料主要有4种，即：磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂和三元材料。组成电池正极材料的金属元素中，钴最贵，并且存储量不多，镍、锰较便宜，而铁最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用磷酸铁锂正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。 作为可充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全（不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸）、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用磷酸铁锂作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电（5～10C放电）、放电电压平稳上、安全上（不燃烧、不爆炸）、寿命上（循环次数）、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。 电动自行车应用成为磷酸铁锂电池的发展的切入点 《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》指出，十二五期间新能源汽车等 7 个产业被确定为战略性新兴产业。此前国家也相继出台一些鼓励及扶持政策来推广节能与新能源汽车，这些政策的出台无疑为磷酸铁锂动力电池企业带来了福音。然而，业内专家表示，由于磷酸铁锂动力电池在电动车领域应用存在瓶颈，其发展不能一蹴而就，因此，尽管前景光明，但道路依然曲折。 电动自行车是应用切入点 平安证券分析报告指出，受益于新能源汽车的快速发展，未来动力锂离子电池市场规模将高速增长。预计 2010 年至 2018 年全球动力锂离子电池市场规模年均复合增长率将高达 54.2%，并于 2018 年达到 160 亿美元。尽管市场诱人，但电动车用动力锂离子电池与小功率锂离子电池有很大区别，前者对电池的功率密度、一致性和安全性都有更加严格的要求，其成熟度远远落后于手机、笔记本电脑及电动自行车用锂离子电池。江西省金锂科技有限公司研发总监高旭光说，目前，磷酸铁锂动力电池用在电动汽车上其本身的问题不是很大，影响它应用的主要瓶颈还是配套问题。他分析说，第一是成本，一台大巴车所磷酸铁锂电池大概五六十万元，与普通的燃油车相比，成本就提高了五六十万元。第二，使用环境不太好，目前国内外充电站的建设还没有形成足够的网络，虽然国家有补贴支持电动汽车发展，但消费者不敢买，因为即使买了车也找不到足够的地方充电。第三，电动汽车缺少认证，目前可以上路并且上了牌照的电动车很少，而可供消费者选择的车型也很少。第四，电动汽车的标准体系还没有完全建立，交管局的认定及售后服务都还成问题。 “目前，由于电动汽车用磷酸铁锂电池的技术瓶颈没有突破，导致其很难产业化。因此，我认为国家应该将补贴用在发展电动自行车用锂离子电池上。”高旭光说，“电动汽车的撬动作用很差，基本是全额补贴，如电动汽车用电池若花 5 万元，国家就得补贴 5 万元。而电动自行车则不用 100%补贴，只要补贴 30%即可。换句话说，国家只要补贴 30%就能把自行车用锂离