锂电池磷酸铁锂正极材料结构和发展现状分析
来源：宝鄂实业
2019-12-15 17:21
点击量：次
锂电池用磷酸铁锂正极材料的结构与发展。随着能源危机和环境危机的出现，锂离子动力电池成为当前研究的热点。磷酸铁锂因其理论容量大、循环性能好、安全性高、成本低、环境友好等优点备受关注。分析了未来锂电池用磷酸铁锂正极材料的结构和发展趋势。
磷酸铁锂电池。JPG
磷酸铁锂正极材料结构，用于锂电池
阴极材料主要包括LCO、尖晶石LMO、橄榄石LFP等晶体结构。由于过渡金属氧化物和聚阴离子化合物具有高电压和高容量的特点，目前对其材料的研究主要集中在过渡金属氧化物和聚阴离子化合物上。
磷酸铁锂电池正极材料为正交橄榄石结构，pnma空间组。LiFePO4的结构是沿着c轴方向链接的。一个PO4四面体与一个FeO6八面体和两个LiO6八面体共用一条边，形成三维空间网络结构。
从结构上看，PO4四面体位于FeO6层之间，在一定程度上阻碍了锂离子的扩散。另外，共顶点FeO6八面体的电子导电性相对较低。这使得磷酸铁锂只能以较小的放电速率充放电，而在较大的放电速率下，内部锂离子没有时间移出，电化学极化会很大。
磷酸铁锂电池正极材料现状
目前，大规模的市场应用主要有磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料锰酸镍钴锂和铝酸镍钴锂三种类型。其中，磷酸铁锂和锰酸锂材料在基础研究方面没有太多的技术突破空间，其能量密度和主要技术指标已接近应用极限。从技术进步的角度来看，三元材料因其具有高能量密度、长循环寿命、高可靠性等优点而逐渐成为电力锂阴极材料的主流。
2016年，全球锂电池出货量达到118GWh，其中动力锂电池出货量从2011年的1.08GWh增至2016年的40.52GWh，占市场份额从2.32%增至34.30%。
2017年，全球锂离子电池出货量达到143.5亿千瓦时，其中汽车用锂电池58.1亿千瓦时，储能用锂电池11.0亿千瓦时，其他传统领域的锂电池74.4亿千瓦时。
在锂电池及其下游产业快速发展的带动下，磷酸铁锂电池正极材料发展迅速。2016年，全球锂离子电池正极材料销量达31.74万吨，同比增长42.1%。2011年至2016年，年均复合增长率为32.17%。从应用结构上看，锂正极材料市场可细分为小型锂正极材料市场和动力锂正极材料市场。小型锂正极材料主要有钴酸锂、三元材料和锰酸锂，动力锂正极材料主要有锰酸锂、磷酸锂铁和三元材料。
到目前为止,磷酸铁锂电池阴极材料占锂离子电池阳极的8%的市场份额,而在最近几年,与国内几大容量负极材料生产企业,磷酸亚铁锂的市场加速,相信不久磷酸亚铁锂的市场份额将越来越大,因为根据前面的分析,钴酸锂市场最终会被其他三个材料,在以后的阳极材料市场将会出现,锰酸锂和磷酸铁锂三元材料的三大支柱的磷酸铁锂市场将伴随着电动汽车行业的兴起。
阻碍磷酸铁锂发展的问题
虽然磷酸铁锂有许多优点，但也存在着不容忽视的根本性缺陷，小编就磷酸铁锂存在的相关问题再重申几点，以正之风。
1. 在制备磷酸铁锂的烧结过程中，氧化铁有可能在还原气氛中高温还原为单质铁。简单的铁会造成电池的微短路，是电池中最忌讳的材料。
