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磷酸鐵鋰的發(fā)展與未來

億富機械 2022-05-27 | 閱讀：3948

一、磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰是一種鋰離子電池電極材料，化學式為LiFePO4（簡稱LFP），主要用于各種鋰離子電池。自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A為堿金屬，M為CoFe兩者之組合：LiFeCoPO4)的橄欖石結(jié)構的鋰電池正極材料之后， 1997年美國德克薩斯州立大學John. B. Goodenough等研究群，也接著報導了LiFePO4的可逆性地遷入脫出鋰的特性。

美國與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(LiMPO4), 使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料，尖晶石結(jié)構的LiMn2O4和層狀結(jié)構的LiCoO2相比，LiMPO4的原物料來源更廣泛、價格更低廉且無環(huán)境污染。

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二、磷酸鐵鋰電池的性能與特點

磷酸鐵鋰是一種優(yōu)異的鋰離子電池正極材料。鋰離子電池由四個主要部分構成，分別為正極、負極、電解液和隔膜，其中正極既是離子導體也是電子導體，其主要組成部分稱為活性物質(zhì)。磷酸鐵鋰（LiFePO4）呈現(xiàn)橄欖石結(jié)構，作為電池正極材料，涂敷在鋁箔與電池正極連接；中間是聚合物的隔膜，將正極與負極隔開，但鋰離子可以通過而電子不能通過；石墨等作為電池的負極材料，涂敷在銅箔與電池的負極連接處。磷酸鐵鋰電池在充電時，正極中的鋰離子通過聚合物隔膜向負極遷移；在放電過程中，負極中的鋰離子通過隔膜向正極遷移。

磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢

1.超長壽命：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在室溫下1C充放電循環(huán)2000次，容量保持率80％以上；是鉛酸電池5倍，鎳氫電池的4倍，是鈷酸鋰電池4倍，是錳酸鋰電池4-5倍左右。

2.安全性高：磷酸根化學鍵的結(jié)合力比傳統(tǒng)的過渡金屬氧化物結(jié)構化學鍵強，所以結(jié)構更加穩(wěn)定，并且不易釋放氧氣.磷酸鐵鋰電池在高溫下的穩(wěn)定性可達400以上，保證了電池內(nèi)在的高安全性；不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒。

3.環(huán)保且不需要稀有金屬：磷酸鐵鋰電池不含任何(鋰之外）重金屬或者稀有金屬,無毒（SGS認證通過），無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定,為環(huán)保電池.

4.充電速度快,自放電少，無記憶效應：磷酸鐵鋰電池可大電流2C快速充放電，在專用充電器下,2C充電30分鐘內(nèi)即可使電池充滿95％,起動電流可達2C，而鉛酸電池現(xiàn)在無此性能。

5.體積小，重量輕：商品設計可輕量化，體積是相同容量鉛酸電池的2/3，也較鎳氫電池體積??；重量是相同容量鉛酸電池的1/3，鎳氫電池的2/3左右；

6.電池單體電壓高,放電平臺穩(wěn)定：為3.2V，串聯(lián)少，電池組可靠性高；電池組可靠性高，可作大電流高功率充放電高倍率放電特性：10C充放電效率達到 96％以上，容量保持率90%以上，可實現(xiàn)10C放電;

7.綜上可知，磷酸鐵鋰除了振實密度、克容量兩個指標略有不足,其他各項指標均占很大優(yōu)勢,尤其是在循環(huán)性能、環(huán)保性、安全性能、原料成本及應用領域方面。

三、磷酸鐵鋰的合成方法：

1.固相合成法：

1.1高溫固相反應法：現(xiàn)階段最常用，也是最成熟的合成方法.采用的氮氣保護的推板爐，網(wǎng)帶爐，回轉(zhuǎn)爐燒結(jié)。

1.2碳熱還原法（CTR）：合成方法簡單，易于操作，原材料價格低.適合大規(guī)模生產(chǎn)。

1.3微波合成法：合成時間短，能耗低，適合實驗室的研究。

1.4機械合金化法

2.液相合成法

2.1液相共沉淀法

2.2溶膠-凝膠法

2.3水熱合成法

3.其他合成方法

放電等離子燒結(jié)技術，噴霧熱分解技術和脈沖激光沉積技術也于用于磷酸鐵鋰的合成。

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四、磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)鏈

磷酸鐵鋰材料原料行業(yè)屬于資源性行業(yè)，全球各地的鋰資源基本已為各大公司圈地所占。磷源化合物屬于傳統(tǒng)的化工消耗品,已經(jīng)具有非常成熟的供應商。相對而言，高質(zhì)量的鐵源化合物國內(nèi)暫無占有絕對優(yōu)勢的供應商。

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五、產(chǎn)業(yè)“八大優(yōu)勢”

第一符合國家政策導向

磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)符合國家產(chǎn)業(yè)政策的導向，各國都把儲能電池和動力電池的發(fā)展放在國家戰(zhàn)略層面高度，配套資金和政策支持的力度很大，中國在這方面也十分支持，過去關注鎳氫電池，新戰(zhàn)略則把目光更多的集中到磷酸鐵鋰電池上。

第二代表未來電池發(fā)展方向

磷酸鐵鋰電池作為一種實用新型鋰電池，代表了電池未來發(fā)展的方向。它是迄今為止發(fā)明的最理想的動力電池。盡管存在技術和價格上的一些缺陷，但畢竟已經(jīng)走向商業(yè)化的道路。業(yè)內(nèi)專家普遍認為，磷酸鐵鋰技術不會成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的障礙（已有A123、Valence、Phostech成熟技術的先例），而價格也會隨著產(chǎn)能的擴張而大幅降低，未來甚至會成為最廉價的動力電池。

第三超大市場容量

磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的市場蛋糕大的超乎想象，據(jù)相關材料分析，其中正極材料全球有幾百億的市場容量，而電池更是有超過5000千億的市場容量。

第四穩(wěn)定快速發(fā)展

根據(jù)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律，無論是材料，還是電池，基本呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的趨勢，能夠抗周期性和國家宏觀調(diào)控的影響。而作為新型的材料和電池—— 磷酸鐵鋰，隨著存量市場的開發(fā)和增量市場的滲透，其增長速度明顯快于電池行業(yè)整體發(fā)展速度。

第五應用領域廣泛

磷酸鐵鋰電池應用領域廣泛，應用領域主要有：

⑴ 儲能設備

太陽能、風力發(fā)電系統(tǒng)之儲能設備；不斷電系統(tǒng)UPS；配合太陽能電池使用作為儲能設備（比亞迪已經(jīng)在生產(chǎn)此類電池）；

⑵ 電動工具類

高功率電動工具（無線）；電鉆、除草機等；

⑶ 輕型電動車輛

電動機車、電動自行車、休閑車、高爾夫球車、油電混合車、電動輪椅、電動推高機、清潔車；混合動力汽車（HEV）、國內(nèi)近2—3年的發(fā)展目標；

⑷ 小型設備

醫(yī)療設備：電動病、電動輪椅、電動代步車、制氧呼吸器；玩具（遙控電動飛機、車、船）；

⑸ 其他小型電器

礦燈；植入性的醫(yī)療器械（磷酸鐵鋰無毒性，鋰電池僅鐵鋰可滿足要求）；

⑹軍事和航天領域

如UPS、通訊設備、遙測系統(tǒng)、無人偵察機等運軍事儲能設備；在軍事和航天領域也是一種最佳的動力電池。

第六產(chǎn)業(yè)利潤豐厚

磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)利潤率非常之高，正極材料的毛利在70%以上，而電芯的毛利也有50%以上。而且由于未來強大市場的支撐，行業(yè)將在很長一段時間內(nèi)（初步推測是5年）維持較高的利潤率。

第七有一定的技術壁壘

磷酸鐵鋰行業(yè)有一定的門檻，不是誰來做就會做成功的，尤其是材料領域，技術壁壘很高，可以避免太多的競爭。作為新進入這個產(chǎn)業(yè)的企業(yè)，選擇做材料肯定要比做電池更為明智，因為現(xiàn)有的一些鋰電池廠商很多，尤其是大廠的地位很難撼動，他們切入到磷酸鐵鋰電池更具優(yōu)勢。

第八不受制于國外市場

磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)不會過分依賴國外市場，原料和設備也不會受制于國外企業(yè)，國內(nèi)整個產(chǎn)業(yè)鏈相對是比較成熟的。同時國內(nèi)外對于磷酸鐵鋰的研究和產(chǎn)業(yè)化的起步差別不大，幾乎處于同一起跑線。這跟太陽能電池行業(yè)有很大差別，太陽能電池所需多晶硅原料（指過去）和終端應用市場兩頭在外，受國外政策和市場變化影響很大，這些問題在此次金融危機中已經(jīng)顯現(xiàn)。

綜上所述，國內(nèi)磷酸鐵鋰具有廣闊的市場空間，同時對于鋰離子電池的快速發(fā)展是一次難得的機遇。雖然發(fā)展中仍存在諸多問題，但是相信不久的將來，通過各企業(yè)的共同努力，一定能促進中國電池行業(yè)的長足發(fā)展。