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磷酸鐵鋰離子電池存在什么缺陷呢

鉅大LARGE  |  點擊量:51次  |  2020年10月26日  

摘要
國內現在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料,從政府、科研機構、企業甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料,將其作為動力型鋰離子電池的發展方向。分析其原因,主要有下列兩點:首先是受到美國研

國內現在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料,從政府、科研機構、公司甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料,將其作為動力型鋰離子電池的發展方向。分析其原因,重要有下列兩點:首先是受到美國研發方向的影響,美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國內一直沒有制備出可供動力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環與儲存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷,歸結起來重要有以下幾點:


1、在磷酸鐵鋰制備時的燒結過程中,氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質鐵的可能性。單質鐵會引起電池的微短路,是電池中最忌諱的物質。這也是日本一直不將該材料作為動力型鋰離子電池正極材料的重要原因。


2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,如振實密度與壓實密度很低,導致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差,即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。美國阿貢國家實驗室儲能系統中心主任DonHillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時候,他用terrible來形容,他們對磷酸鐵鋰型鋰離子電池測試結果表明表明磷酸鐵鋰離子電池在低溫下(0℃以下)無法使電動汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯,但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在這種狀況下,設備根本就無法啟動工作。


3、材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學性能,但是也帶來了其它問題,如能量密度的降低、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對環境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵鋰中的化學元素Li、Fe與P很豐富,成本也較低,但是制備出的磷酸鐵鋰產品成本并不低,即使去掉前期的研發成本,該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本,會使得最終單位儲能電量的成本較高。


4、產品一致性差。目前國內還沒有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決這一問題。從材料制備角度來說,磷酸鐵鋰的合成反應是一個復雜的多相反應,有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽,外加碳的前驅體以及還原性氣相。在這一復雜的反應過程中,很難保證反應的一致性。


5、知識產權問題。目前磷酸鐵鋰的基礎專利被美國德州大學所有,而碳包覆專利被加拿大人所申請。這兩個基礎性專利是無法繞過去的,假如成本中計算上專利使用費的話,那產品成本將會進一步提高。


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