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磷酸锂铁(英文为LiFePO4),又称磷酸铁锂、锂铁磷(LFP),为可充电式锂电池的正极材料,又称锂铁磷电池,为三维橄榄石结构,具有轻巧充放电性佳、安全性高的特性,具有高功率、高容量、寿命长、安全、不爆炸、不起火的优点,缺点是存在着高温时的寿命及稳定性能较差的问题。LFP电池广泛应用于电动车、油电混合车、电动自行车、电动工具机、太阳能LED路灯等,根据统计,一台电动自行车(Ebike)约需30颗电池芯组成、电动手工具机约3颗组成、电动代步车及电动轮椅车约60颗组成、太阳能LED路灯约140颗组成,其中又以汽车用途需求高达80%最广,一辆电动车(HEV)所需的电池芯约达6700颗组成。
1997年,由美国德州大学的John Goodenough与其研究团队首次取得专利,以橄榄型磷铁锂开发出低放电率、循环寿命短的电池方案,此橄榄型晶体结构使其晶格形变(crystal lattice defornation)比其他电池结构小、循环寿命长、能抗氧化、抗酸蚀,让电池能有更多的电解质选择,在不使用状态,磷酸锂铁电池保存期限也长。德州大学也将专利{dj2}授权给加拿大H&Q(魁北克水利公司),H&Q再与德国磷肥大厂SUD-CHEMIE合资成立Phostech Lithium,从事磷酸锂铁粉末的生产。
不过,美国A123公司宣称拥有专利,Valence公司也宣称拥有部分专利权,目前仍有专利诉讼,影响了磷酸锂铁电池在市场上的渗透率,因此专利归属问题是让各国厂商最担心的问题,包括专利诉讼、权利金给付对象究竟是归属于谁,加上专利权将于2016年到期(注:1997+20年期满 = 2016年),都是让各国厂商持保留态度的原因。
磷酸锂铁电池在充电时会释放出锂原子成为磷酸铁,由于磷酸根中磷与氧具有较强的共价键结构,因此在过充时不至于释放出氧气,也不会有爆裂的情况发生,世界各国已证实磷酸铁锂电池为目前{wy}具有经济性且符合环保及安全要求,可作大动力输入、输出;各种需要电池之领域。
目前LFP有几项需待解决的问题,分别为(一)专利问题:最上游的化合物专利被三家专业材料公司所掌握,分别是A123的Li1-xMFePO4、Phostech的LiMPO4以及Aleees的LiFePO4•Zm;(二)由于LFP能量密度低,相同体积的电池,电容量只有锂钴电池的60%~75%,若维持相同的电容量,需要较多颗的电池,因此无法符合3C「轻薄短小」的要求,需待技术解决;(三)产品售价过高,居所有二次电池之冠,未来随着技术提升良率提高,产品普及后,售价可望下降。
在车用电池方面,包括通用汽车、福特汽车、丰田汽车等企业皆对LFP电池材料表现高度兴趣,尤其美国政府极力扶植锂电业者,将利用油电混合车的发展机遇,一举打败{lx1}在前的日本汽车业者;韩国方面,南韩{zd0}汽车零件制造商现代Mobis公司也与化学大厂LG Chem合资发展油电混合车的锂电池,供现代汽车和子公司起亚汽车(Kia)使用,将在油电混合车市场抢下更大的市占率;全球第二大锂电池制造商三星SDI与德国博世集团(Robert Bosch)达成协议,将在蔚山东南方合资建造油电混合车电池厂,预定2012年开始生产,并从2013年开始的八年间,将为宝马汽车(BMW)的电动车款供应锂电池;台湾方面,若能掌握上游材料及下游电池Pack的营销管道,将可望受惠需求商机,中国企业也陆续投入当中。
各种电池性能对比:
種類
鉛酸
鎘
氫
鋰鈷
鋰錳
磷酸鋰鐵
鈷錳(三元材料)
工作電壓(V)
2V
1.2V
1.2V
3.7V
3.7V
3.3V
3.6V
高溫特性
佳
尚可
佳
尚可
差
佳
尚可
放電功率(W/Kg)
300
855
800
320
400
2000
300~400
體積能量密度(Wh/l)
100
150
250
466
285
255
>500
能量效率(%)
60
75
70
90
90
95
90
循環壽命(Cycle Time)
400
500
500
>500
>500
>2000
>500
使用壽命
1年
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