磷酸鐵鋰電池與三元電池的區(qū)別

磷酸鐵鋰電池與三元電池的區(qū)別磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的區(qū)別詳細(xì)內(nèi)容如下：鋰電池是最常用的電池類型之一，雖然時間不長，自1970年誕生以來，具有高能量密度，循環(huán)使用壽命長，很快占據(jù)了電動車電池市場的大部分?，F(xiàn)在銷售配備鋰電池的電動汽車主要是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池這兩種。那么磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的區(qū)別是什么呢？動力電池是電動汽車的核心，它是純電動汽車驅(qū)動能源的唯一來源，直接關(guān)系到電動汽車的動力性能，電池壽命，直接關(guān)系到電動汽車的安全性。新能源汽車的成本，電池動力系統(tǒng)占用新能源汽車的成本為30-50%。而自電動汽車誕生以來，動力電池技術(shù)就具備了電動汽車的實用過程。提高功率密度，能量密度，使用壽命和降低成本一直是電動汽車動力電池技術(shù)研發(fā)的核心。三元鋰電池三元聚合物鋰電池是指正極材料使用銀鉆錳酸鋰(Li(NiCoMn)02)或者銀鉆鋁酸鋰的三元正極材料的鋰電池，三元復(fù)合正極材料是以鎳鹽、鉆鹽、錳鹽為原料，里面銀鉆錳的比例可以根據(jù)實際需要調(diào)整，三元材料做正極的電池相對于鉆酸鋰電池安全性高。三元鋰電池的正極材料1999年Liu等首次報道了層狀的銀鉆錳三元過渡金屬復(fù)合氧化物，該氧化物為LiCo02/LiNi02/LiMn0,共熔體，具有LiCo02的良好循環(huán)性能、LiNiO,的高比容量和LiMnO,的安全性.2001年T.Ohzuku等首次合成了具有優(yōu)良性能的層狀NaFeO,結(jié)構(gòu)的LiNiuaCou3Mn/30,銀鉆錳三元復(fù)合材料的研究因此受到特別關(guān)注.層狀銀鉆錳三元復(fù)合材料一定程度綜合了LiCo02、LiNiO2、LiMnO,的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了不足，改善了材料性能，降低了成本.本文就近年來層狀銀鉆錳三元復(fù)合材料的制法、性能方面的研究狀況進(jìn)行綜述，并簡要概述了鋰離子電池正極材料的發(fā)展趨勢.三元鋰電池正極材料的結(jié)構(gòu)特點(1)層狀或隧道結(jié)構(gòu)，以利于鋰離子的脫嵌，且在鋰離子脫嵌時無結(jié)構(gòu)上的變化，以保證電極具有良好的可逆性能；(2)鋰離子在其中的嵌入和脫出量大，電極有較高的容量，并且在鋰離子脫嵌時，電極反應(yīng)的自由能變化不大，以保證電池充放電電壓平穩(wěn)；(3)鋰離子在其中應(yīng)有較大的擴(kuò)散系數(shù)，以使電池有良好的快速充放電性能。磷酸鐵鋰電池1997年，Padhi等人最早提出yLiFePO，的制備以及性能研究。LiFePO4具備橄欖石晶體結(jié)構(gòu)，理論容量為170mAh/g,有相對于鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定放電平臺，雖然大電流充放電存在一定的缺陷，但由于該材料具有理論比能量高、電壓高、環(huán)境友好、成本低廉以及良好的熱穩(wěn)定性等顯著優(yōu)點，是近期研究的重點替代材料之一。目前，人們主要采用高溫固相法制備LiFePO1粉體，除此之外，還有溶膠-凝膠法、水熱法等軟化學(xué)方法，這些方法都能得到顆粒細(xì)、純度高的LiFePO;材料。磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢1、重量輕同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3,重量是鉛酸電池的1/3。2、高溫性能好磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃而錳酸鋰和鉆酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣(-20C--75C)，有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃而錳酸鋰和鉆酸鋰只在200℃左右。3、大容量充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。4、安全性能的改善磷酸鐵鋰晶體中的P-0鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鉆酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。有報告指出，實際操作中針刺或短路實驗中發(fā)現(xiàn)有小部分樣品出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，但未出現(xiàn)一例爆炸事件，而過充實驗中使用大大超出自身放電電壓數(shù)倍的高電壓充電，發(fā)現(xiàn)依然有爆炸現(xiàn)象。雖然如此，其過充安全性較之普通液態(tài)電解液鉆酸鋰電池，已大有改善。5、壽命的改善磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力電池，循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電（5小時率）使用，可達(dá)到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護(hù)維護(hù)又半年”，最多也就1?1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，理論壽命將達(dá)到7~8年。綜合考慮，性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2c快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動電流可達(dá)2c,而鉛酸電池?zé)o此性能。6、環(huán)保磷酸鐵鋰電池一般被認(rèn)為是不含任何重金屬與稀有金屬（銀氫電池需稀有金屬），無毒（SCS認(rèn)證通過），無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池證。所以鋰電池之所以被業(yè)界看好，主要是環(huán)?？剂?，因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國家高科技發(fā)展計劃，成為國家重點支持和鼓勵發(fā)展的項目。隨著中國加入亞10，中國電動自行車的出口量將迅速增大，而進(jìn)入歐美的電動自行車已要求配備無污染電池。但有專家表示，鉛酸電池造成的環(huán)境污染，主要發(fā)生在企業(yè)不規(guī)范的生產(chǎn)過程和回收處理環(huán)節(jié)。同理，鋰電池屬于新能源行業(yè)不錯，但它也不能避免重金屬污染的問題。金屬材料加工中有鉛、砷、鎘、汞、鉻等都有可能會釋放到灰塵和水中。電池本身就是一種化學(xué)物質(zhì)，所以有可能會產(chǎn)生兩種污染：①生產(chǎn)工程中的工藝排泄物污染；②報廢以后的電池污染。磷酸鐵鋰電池也有其缺點：例如低溫性能差，正極材料振實密度小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鉆酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢。而用于動力電池時，磷酸鐵鋰電池和其他電池一樣，需要面對電池一致性問題。七、缺點一種材料是否具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Γ岁P(guān)注其優(yōu)點外，更為關(guān)鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。國內(nèi)現(xiàn)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(jī)構(gòu)、企業(yè)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(fā)展方向。分析其原因，主要有下列兩點:首先是受到美國研發(fā)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(nèi)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(huán)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(jié)起來主要有以下幾點：1、知識產(chǎn)權(quán)問題。目前磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專利被美國德州大學(xué)所有，而碳包覆專利被加拿大人所申請。這兩個基礎(chǔ)性專利是無法繞過去的，如果成本中計算上專利使用費的話，那產(chǎn)品成本將會進(jìn)一步提高。2、產(chǎn)品一致性差。目前國內(nèi)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(yīng)是一個復(fù)雜的多相反應(yīng)，有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽，外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。在這一復(fù)雜的反應(yīng)過程中，很難保證反應(yīng)的一致性。3、在磷酸鐵鋰制備時的燒結(jié)過程中，氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質(zhì)。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主要原因。4、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(dǎo)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(tǒng)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(jié)果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下（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(shè)備根本就無法啟動工作。5、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(xué)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(huán)境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵鋰中的化學(xué)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(chǎn)品成本并不低，即使去掉前期的研發(fā)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?！就庥^包裝】方形電池，鋰離子電池可分為軟包和圓柱形電池?！倦姵夭牧稀磕壳爸髁鞑捎昧姿徼F鋰電池，三元鋰電池材料分別是指磷酸鐵鋰和三元材料作為鋰離子電池的負(fù)極材料。三元材料是指Ni,Co,Mn或Ni，Co,Al三種金屬元素作為陽極材料的核心元素。【綜合評估】磷酸鐵鋰電池單體，能量密度為120wh/kg，后組為80wh/kg;所述三元鋰電池單體，一般180瓦時/千克的能量密度或110