什么是磷酸铁锂材料动力电池，磷酸铁锂材料动力电池仍占主流
来源：宝鄂实业
2019-03-11 17:32
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对于磷酸铁锂电池，纯电动客车的磷酸铁锂电池的能量密度范围为90-155Wh/kg，车辆的行驶里程范围为200-588公里；对于三元电池，系统能量密度由磷酸铁锂材料所制成的动力电池来做研究。纯电动城市客车用电池为142.6W/kg，行驶里程为467km。纯电动轿车喜欢磷酸锂铁动力电池，主要是因为它们比三元材料电池具有更高的安全性。新能源客车载人多，一旦发生安全事故，容易造成比客车更大的危害。动力电池是影响新能源汽车安全性能的主要因素，直接关系到电池工业的发展，影响国家政策和舆论的导向。
因此，尽管三元动力电池比磷酸铁锂电池具有更好的耐久性和能量密度，但磷酸铁锂电池的安全性是客车领域首要考虑的问题。基于磷酸铁锂电池的产业化和我国高技术成熟，纯动力客车领域仍倾向于使用安全磷。酸性锂铁电池。磷酸铁锂电池在新能源轿车领域得到了广泛的应用，而能量密度限制了其在轿车领域的发展，这是事实。
行内专家表示，例如比亚迪大规模生产的磷酸铁锂矩形壳电池的能量密度为176Wh/kg，未来的上限为230Wh/kg。三维矩形壳电池的能量密度已达到213Wh/kg,未来采用高镍正极材料与石墨负极配合使用时,最大能量密度可达275Wh/kg。在此基础上，碳化硅负极材料是突破310WH/kg的关键。总体而言，现已设计出的磷酸铁锂（烧结炉）回转窑技术成熟、可靠。但从技术进步和电池粉体材料烧结工业的发展趋势来看，技术更新的时间越来越短。目前，没有大型回转窑作为磷酸铁锂材料大规模集中煅烧的主要设备。目前，国内用来做磷酸铁锂材料煅烧回转窑必须不断改进和优化工艺。为了满足日益严格的超大型、高质量、环保的要求，必须设计出更加合理、节能、环保的新一代回转窑。因此，现已设计了一种新型的径向接触材料密封与轴向迷宫密封相结合的密封结构。磷酸铁锂材料与窑内胆的接触具有润滑作用，磨损慢，使用寿命长，能够保证间隙的有效密封。这种密封结构可以减少冷空气进入量，从而减少磷酸铁锂材料的燃烧损失。
江苏凤谷节能科技有限公司独立研发生产的磷酸铁锂材料烧结炉，采用陶瓷内胆，材料烧结过程无金属接触，从源头上做到全金属隔离，保证粉体的纯净度，彻底解决烧结过程金属污染的行业痛点。磷酸铁锂材料烧结炉所采用的复合陶瓷内胆具有极强的耐腐蚀性，针对烧结工艺中的挥发腐蚀气体具有很强的耐性，能够大大延长设备的使用寿命。磷酸铁锂材料烧结炉采用动态密封系统，可全程对物料进行隔离，保证烧结材料的品质，全封闭的结构保证了烧结工艺无泄露点，严格控制材料烧结气氛，完全达到环保的要求，解决气氛控制这个行业痛点。 此外，磷酸铁锂材料烧结炉可供生产使用，自动进料出料，操作简单，维护方便。而且采用动态翻滚的加热形式，取代静态匣钵烧结方式，克服物料静态煅烧产生的过烧、夹生等缺陷，提高物料受热的均匀性和产品品质。磷酸铁锂材料烧结炉可以大幅度提升生产效率，能耗降低55%以上。
我们现在使用的锂电池都是锂离子电池，此外还有锂金属电池，以锂金属或锂合金作为负极材料的一种电池，最早在1912年便由Gilbert N. Lewis提出，当时的锂金属电池为一次电池（不可充电），由于相比当时的其他电池，锂金属电池对加工、保存的要求高，因而没有成为主流。
而锂离子电池则比锂金属电池年轻许多，它采用锂的金属氧化物作为正极，于20世纪70年代诞生，但直到90年代，随着电子产品的快速发展，对高功率、高能量密度电池的需求增大，锂离子电池才开始成为主流。并且，锂金属电池随着技术发展，近来有开始复兴的趋势，但还未形成潮流，本文主要讨论的对象三元锂电池和磷酸铁锂电池均为锂离子电池，除此之外，算上钛酸锂电池，这三种电池是主流的车用动力电池。
☆锂离子电池的结构
锂离子电池的主要结构包括正、负极、电解液、隔膜和其他一些附件。其中正极材料是研究的重点，三元锂和磷酸铁锂均描述了锂离子电池的正极材料。而当前应用的负极材料主要为石墨，结晶度高，导电性好，对锂离子的容量大，达到了372mAh/g，大大超过了正极材料的容量，这也是为什么现在主要研究正极材料的原因。
锂电池的电解液与传统电池（铅酸电池、镍镉电池等）不同，不采用以水为溶剂的电解液，因为水的了理论分解电压只有1.23V（想想上一期的燃料电池单电池理想电压），因此，以水为电解液的电池电压最高不过2V左右。而锂电池的电压在3-4V左右。常用的电解质材料为无机阴离子锂盐，LiBF4、LiPF6、LiAsF6这三类。溶剂则有酯类、醚类和飒类。
隔膜则是起隔断电子和透过离子作用，使电子必须从外电路迁移，而离子则可以通过电解液移动，保证外电路有电流通过，防止电池内短路。隔膜材料有单层PE、单层PP、三层PP等。
☆锂离子电池充放电的基本原理
先明确两个概念，一，电池是将氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。典型特征就是电极上反应物得失电子，通过外电路流动，进而便产生了电流。正负极之间的电荷传递是通过电解液中阴阳离子的运动形成的。
二，二次电池是指可多次再充放电的电池，其内部发生的电化学反应是可逆的。电池放电，内部的A物质变成B物质，化学能变成电能；而充电时，B物质又能够变回A物质，电能变成化学能储存。
充电时锂离子从正极材料的晶格中脱出经过电解质嵌入到负极材料层中；放电时锂离子从负极材料晶格中脱出，经过电解质嵌入到正极材料中。而电子则通过外电路，形成电流。
锂电池充放电反应过程为：
式中，Y为过度金属，在钴酸锂电池（LiCoO2）中Y为钴（Co），在锰酸锂电池中就是锰（Mn）。对于三元锂电池就是镍钴锰酸锂[Li（NiCoMn）O2]中的NiCoMn，对于磷酸铁锂（LiFePO4）电池，就是FePO4。
另外，正极负极指电位高低，阴极阳极则通过得失电子区分，得电子的电机发生还原反应是阴极，失电子发生氧化反应是阳极。充电和放电正负极不变，而阴阳极会反向。
对于锂离子电池而言，正极材料的开发是其关键技术。理论上，根据上述反应化学式，可以实现锂离子脱嵌的物质都可以作为正极材料，但实际上，这并非易事。出于性能考虑，它需要有良好的导电性、较大的放电倍率以及与电解质良好的相容性；出于寿命考虑，它需要有高度的可逆性和较弱的极化效应，出于安全考虑，它需要保证良好的稳定性和温和的电极过程动力学。
☆磷酸铁锂和三元锂电池
