锂离子正极材料LiFePO4 现状_利德尔_新浪博客

    新型高能化学电源技术的快速发展,对电池材料提出更高的要求。高能量,高功率密度,低成本,对环境友好的新型电池材料是现在和未来的研究重点。自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属,MCoFe两者之组合:LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后,1997年美国德克萨斯州立大学John. B. Goodenough等研究群,也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性,美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4) 使得该材料受到了极大的重视,并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料,尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比,LiMPO4 的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。

    磷酸铁锂是目前最理想的正极材料,液态锂离子电池包括正极、负极、隔膜及电解液等四大材料。正极材料是锂离子电池中最为关键的原材料,直接决定了电池的安全性能和电池能否大型化,约占锂离子电池电芯材料成本的30%左右。目前常用的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂四种。相比较而言,钴酸锂{zd0}的问题是安全性差(150 度高温时易爆炸)、成本高(钴价约50 万元/吨,含钴60%的钴酸锂超过40 万元/吨)、循环寿命短;锰酸锂安全性比钴酸锂好很多,但高温环境的循环寿命更差(500 次)。磷酸铁锂因为高放电功率、成本低(约18~30 万元/吨)、 高能量密度,其理论比容量为170mAh/g,产品实际比容量可超过140 mAh/g 0.2C, 25°C);高安全性,是目前xxx的锂离子电池正极材料;无污染,不含任何对人体有害的重金属元素;循环寿命长。在{bfb}DOD条件下,可以充放电2000次以上;没有记忆效应;快速充电性能,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。因而是目前最理想的动力汽车用锂电池正极材料。

    锂离子电池的性能主要取决于正负极材料,磷酸铁锂作为锂电池正极材料是近几年才出现的事,国内开发出大容量磷酸铁锂电池是20057月。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的,这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧,穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。

    目前国际上在磷酸铁锂领域的{lx1}企业主要有3家,分别是美国的A123、加拿大的Phostech以及美国的Valence,掌握较为成熟的量产技术。目前三大厂商的产能约为4000/年。1997年,磷酸锂铁材料开始引起国内xx。1998年,国家863计划投资20亿在汕头研究磷酸锂铁。中国企业从2001年开始陆续启动磷酸锂铁材料开发,当前,国内的磷酸铁锂产业投资热正在兴起,其势头超过了其他任何国家。截至 2009年,全国共有50-60家电芯厂商即将或已经完成生产线的购置,进行产能扩张,其中北大先行、比亚迪、湖南杉杉,星源材料,斯特兰等都在进行工业化生产,此外星源材料和斯特兰都号称2000吨产能。其余都在中试阶段,2009年在建产能2500吨,全部达产后,产能合计为5000吨左右,2010年,磷酸铁锂的产能将继续出现增长。目前国内每年磷酸铁锂的需求量为8000吨左右,2008年实际销售不到1000吨,预计到2010年,国内混合动力汽车产业化初期,磷酸铁锂的年需求量将超过1.5万吨。全球磷酸铁锂的供给缺口将达到10万吨。目前国内磷酸铁锂的销售价格基本在18-20万元/吨,毛利率达到60-70%,进口的价格在35-40万元/吨。

    目前应用磷酸铁锂的领域主要有:

1 储能设备:基于太阳能、风能、地热、海洋能发电系统之储能设备 ;电网调峰;不断电系统UPS ;配合太阳能电池使用作为储能设备(比亚迪已经在生产此类电池)家庭照明等;

2 电动工具类:高功率电动工具(无线) ;电锤、电钻、除草机等;

3 轻型电动车辆:电动机车、电动自行车、休闲车、高尔夫球车、电动推高机、清洁车;混合动力汽车(HEV)近期23年的目标,叉车、铲车等动力电源;

4 小型设备:医疗设备(电动轮椅车,电动代步车 ); 玩具( 遥控电动飞机、车、船 );

5 其它小型电器:矿灯;

6)启动电源: 汽车、摩托车、拖拉机、柴油机,铁路内燃机车、电力机车、客车起动电源;

7)固定型电源:主要用于通讯、移动基站、电信、铁路运输、电力、、金融、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源;

8)军事领域:xx现场电子指挥系统、海(潜艇、水下机器人)、陆(陆军士兵系统、机器战士)、天(无人飞机)、空(卫星、飞船)诸兵种。

 锂离子电池技术已不是一个单纯一项产业技术,它攸关信息产业的发展,更是新能源产业发展的基础技术之一,并成为现代和未来军事装备不可缺少的重要“粮食”之一。相信在不就的将来磷酸铁锂电池将取代铅酸电池一统动力电池天下局面,且用途将更加广泛! 

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