磷酸铁锂电池正极材料的优缺点
来源：宝鄂实业
2019-10-29 05:34
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磷酸铁锂正极材料因其优良的电化学性能,被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。磷酸铁锂电池的正极材料主要有钴酸锂、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。
锂电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例,因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。目前已经市场化的锂电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂电池和三元材料等产品。
磷酸铁锂电池是一种新型锂离子电池电极材料，是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一。它的特点是高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多，价格低廉，无毒性，不会造成环境污染。因其上述特点，磷酸铁锂电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。世界各国正竞相实现产业化生产。
磷酸铁锂电池正极材料的优点
1.高能量密度：其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140mAh/g(0.2C,25°C);
2.安全无污染：是目前最安全的锂离子电池正极材料;不含任何对人体有害的重金属元素;符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池证;
3.寿命长：在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上;磷酸铁锂电池的使用寿命与其使用温度息息相关，使用温度过低或者过高在其充放电过程及使用过程均产生极大不良隐患;
4.充电性能：磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满;
5.重量轻:同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。
磷酸铁锂电池作为锂电池正极材料，是目前最安全的锂离子电池正极材料，虽然振实密度低、电压平台低，但由于正极材料安全稳定，使其在挤压、过充、短路等滥用条件下依然安全，由于其安全稳定性，磷酸铁锂电池已经成为锂离子动力电池的重要发展方向。
磷酸铁锂电池正极材料的缺点
1.导电性差。这个问题是其最关键的问题。磷酸铁锂电池之所以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。
2.振实密度较低。一般只能达到1.3-1.5g/ml，低的振实密度可以说是磷酸铁锂电池的最大缺点。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。
磷酸铁锂电池正极材料的基本要求
第一，材料自身电位高，这样才能与负极材料之间形成较大的电位差，带来能量密度高的电芯设计；同时带电离子嵌入脱出对电极电位影响小，则充放电过程，不会有过大的电压波动，不会给系统内的其他电气带来不利影响。
第二，材料含锂量高且锂离子嵌入脱嵌可逆。这是高容量的前提。有些正极材料，理论容量很高，但是有一半的锂离子，第一次嵌入以后就失去了活性。这样的材料，是无法投入商用的。
第三，锂离子扩散系数大，锂离子在材料内部的移动更迅速，嵌入和脱嵌的能力强。是影响电芯内阻的因素，也是影响功率特性的因素。
第四，材料比表面积大，有大量的嵌锂位置。表面积大，磷酸铁锂电池的嵌入通道相对较短，则嵌入和脱嵌更容易。通道浅的同时，嵌锂位置还要充足。
第五，与锂电池电解液的相容性和热稳定性好，这点是出于安全性考虑。正极材料与电解液不容易发生反应，以及在较高温度下依然结构稳定并且仍然不易与电解液反应。这样的材质，不会为电芯额外的热积累提供热量，可以减少电芯进入自生热阶段的概率。
第六，材料易得，且加工性能好。成本低，材料容易加工成电极，且电极结构稳定，是材料得到推广应用的有利条件。
