如果問(wèn)當(dāng)今最熱門的動(dòng)力鋰電池正極材料是什么，很多人都知道是磷酸鐵鋰。但是如果要進(jìn)一步問(wèn)為什磷酸鐵鋰會(huì)受到如此多的關(guān)注，相信很多人就不一定能詳細(xì)表述清楚了。本文就簡(jiǎn)單介紹一下這個(gè)熱門的電池材料。

迄今研究最多的傳統(tǒng)鋰電池正極材料是LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4及它們的衍生物，如LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等。LiCoO2是最早大規(guī)模商品化的正極材料，目前大部分的商品化鋰離子電池采用LiCoO2作為正極材料。LiCoO2的研究比較成熟，綜合性能優(yōu)良，但價(jià)格昂貴，容量較低，存在一定的安全性問(wèn)題。

LiNiO2成本較低，容量較高，但制備困難，材料性能的一致性和重現(xiàn)性差，存在較為嚴(yán)重的安全問(wèn)題。LiNi0.8Co0.2O2可看成LiNiO2和LiCoO2的固溶體，兼有LiNiO2和LiCoO2的優(yōu)點(diǎn)，一度被人們認(rèn)為是最有可能取代LiCoO2的新型正極材料，但仍存在合成條件較為苛刻（需要氧氣氣氛）、安全性較差等缺點(diǎn)，綜合性能有待改進(jìn)；同時(shí)由于含較多昂貴的Co，成本也較高。

LiMn2O4成本低，安全性好，但循環(huán)性能尤其是高溫循環(huán)性能差，在電解液中有一定的溶解性，儲(chǔ)存性能差。

新型的三元復(fù)合氧化物鎳鈷錳酸鋰(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）材料集中了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等材料的各自優(yōu)點(diǎn)：成本與LiNi0.8Co0.2O2相當(dāng)，可逆容量大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性較好，介于LiNi0.8Co0.2O2和LiMn2O4之間，循環(huán)性能好，合成容易；但由于含較多昂貴的Co，成本也較高。

動(dòng)力鋰電池對(duì)安全性、生產(chǎn)成本、可重復(fù)充電次數(shù)、環(huán)保無(wú)毒、高溫性能都有較為苛刻的要求。LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4及其衍生物正極材料不是存在安全性問(wèn)題就是成本高或者含有重金屬，對(duì)環(huán)境有污染，故不能滿足要求動(dòng)力鋰電正極材料要求。與上述正極材料相比，磷酸鐵鋰在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，成為中大容量、中高功率鋰離子電池首選的正極材料。

磷酸鐵鋰顯微圖像

磷酸鐵鋰優(yōu)勢(shì)：

1、磷酸鐵鋰為正極材料的動(dòng)力電池循環(huán)壽命可達(dá)到2000次，超過(guò)傳統(tǒng)正極材料500-1000次的指標(biāo)兩倍以上。磷酸鐵鋰電池使用壽命長(zhǎng)，再結(jié)合磷酸鐵鋰自身的生產(chǎn)成本優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益比傳統(tǒng)鋰電池有明顯優(yōu)勢(shì)。

2、使用安全磷酸鐵鋰可完全解決鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問(wèn)題。鈷酸鋰和錳酸鋰在強(qiáng)烈的碰撞下會(huì)產(chǎn)生爆炸，對(duì)消費(fèi)者的生命安全構(gòu)成威脅。而磷酸鐵鋰經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全測(cè)試即使在最惡劣的交通事故中也不會(huì)產(chǎn)生爆炸。

3、磷酸鐵鋰電池具有快速充放電特性，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(nèi)即可使電池充滿，起動(dòng)電流可達(dá)2C。

4、耐高溫磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃～500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只能在200℃左右

5、無(wú)毒、無(wú)重金屬成分，綠色環(huán)保。

磷酸鐵鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)

磷酸鐵鋰的不足之處及改進(jìn)技術(shù)：

1、磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點(diǎn)一直未得到解決，鈷酸鋰的理論密度為5.1g/cm3，商品鈷酸鋰的振實(shí)密度一般為2.0-2.4g/cm3；而磷酸鐵鋰的理論密度僅為3.6g/cm3，一般摻碳磷酸鐵鋰的振實(shí)密度只有1.0-1.2g/cm3（不含碳的為1.3-1.5g/cm3）。如此低的堆積密度使得磷酸鐵鋰的體積比容量比鈷酸鋰低很多。同等電荷容量，磷酸鐵鋰制成的電池體積較大。

應(yīng)對(duì)辦法：提高磷酸鐵鋰的堆積密度和體積比容量對(duì)磷酸鐵鋰的實(shí)用化具有決定意義。而粉體材料的顆粒形貌、粒徑及其分布直接影響材料的堆積密度。因此行業(yè)專家認(rèn)為，球形化是鋰離子電池正極材料的發(fā)展方向。目前國(guó)內(nèi)使用的LiFePO4正極材料很多都是由無(wú)規(guī)則的顆粒組成的，粉體材料的堆積密度和能量密度較低。通過(guò)致力于LiFePO4材料顆粒的球形化來(lái)提高材料的堆積密度和體積比容量，技術(shù)改進(jìn)效果明顯。這是目前比較熱門的粉體技術(shù)焦點(diǎn)之一。

2、磷酸鐵鋰導(dǎo)電性能差，電池內(nèi)阻較高。如果不妥善解決，會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)熱量大，嚴(yán)重影響性能。

應(yīng)對(duì)辦法：表面包覆改性材料，添加碳或其它導(dǎo)電劑。目前大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的磷酸鐵鋰材料在生產(chǎn)過(guò)程都添加了導(dǎo)電劑。實(shí)際上正極材料應(yīng)該為L(zhǎng)iFePO4/C這樣一個(gè)復(fù)合材料。用碳做磷酸鐵鋰顆粒表面包覆改性的技術(shù)還有很大的提升空間。石墨烯技術(shù)是材料科學(xué)領(lǐng)域另一顆明珠。利用石墨烯技術(shù)對(duì)磷酸鐵鋰進(jìn)行改性，大幅提高其導(dǎo)電性能，原理上已經(jīng)被證明是可行的，但是離進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)狀態(tài)還有一段距離。

3、磷酸鐵鋰的一致性差，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決這一問(wèn)題。從材料制備角度來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰的合成反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)，有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽，外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。在這一復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程中，很難保證反應(yīng)的一致性。就目前技術(shù)而言，靠智能充放電管理電路來(lái)應(yīng)對(duì)動(dòng)力鋰電池一致性問(wèn)題也許是唯一可行之道。

鋰離子電池是目前最被市場(chǎng)認(rèn)可的動(dòng)力電池。據(jù)鋰電池行業(yè)人士消息，根據(jù)目前的訂單看，2015年磷酸鐵鋰訂貨量極有可能達(dá)到2014年的10倍以上。明年將是新能源汽車增長(zhǎng)的爆發(fā)之年，鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈將因此受益最大。2015年全國(guó)磷酸鐵鋰原材料的訂貨量預(yù)計(jì)將超過(guò)14萬(wàn)噸，一顆璀璨的正極材料之星正在冉冉升起。