磷酸铁锂动力电池特性及应用 自锂离子电池问世以来，围绕它的研究、开发工作一直不断地进行着，上世纪90年代末又开发出锂聚合物电池，2002年后则推出磷酸铁锂动力电池。 锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能，并且有不同的名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂(LiCoO2)，另外还有少数采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池，一般将后两种正极材料的锂离子电池称为“锂锰电池”及“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂(LiFePO4)材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。 一般锂离子电池的电解质是液体的，后来开发出固态及凝胶型聚合物电解质，则称这种锂离子电池为锂聚合物电池，其性能优于液体电解质的锂离子电池。 磷酸铁锂电池的全名应是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。 采用LiFePO4材料作正极的意义 目前用作锂离子电池的正极材料主要有：LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。这些组成电池正极材料的金属元素中，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用 LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。 作为可充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。 LiFePO4电池的结构与工作原理 LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳(石墨)组成的电
磷酸铁锂电池充放电曲线和循环曲线我公司生产的磷酸铁锂电池以其无毒、无污染，高安全性，循环寿命长，充放电平台稳定等优点受到锂电池专家的关注。我公司所生产的LiFePO4动力电池在国内、外均处于领先水平，填补了国内、外大功率磷酸铁锂动力电池的空白，并获得多项国家专利。10C充放电1000次循环容量衰减在25%以内，充放电平台稳定，安全性能优良，可大电流充放电，完全解决了钴酸锂，锰酸锂等材料做动力型电池所存在的安全隐患和使用寿命问题。磷酸铁锂动力电池将取代铅酸、镍氢电池、钴酸锂和锰酸锂锂电池，引领汽车工业走进绿色时代。我公司生产的磷酸铁锂18650－1200mAh的电池充放电曲线和大电流循环曲线如下：
我公司生产的磷酸铁锂CR123A－500mAh的电池大电流循环曲线如下
新型磷酸铁锂动力电池 中心议题： ?磷酸铁锂电池的结构与工作原理 ?磷酸铁锂电池的放电特性及寿命 ?磷酸铁锂电池的使用特点 ?磷酸铁锂动力电池的应用状况 自锂离子电池问世以来，围绕它的研究、开发工作一直不断地进行着，上世纪90年代末又开发出锂聚合物电池，2002年后则推出磷酸铁锂动力电池。 锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能，并且有不同的名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂（LiCoO2），另外还有少数采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池，一般将后两种正极材料的锂离子电池称为“锂锰电池”及“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂（LiFePO4）材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/476282865.html, 浅谈磷酸铁锂电池的性能与应用 作者：张志伟 来源：《中国科技博览》2015年第30期 [摘要]随着科学技术发展速度不断加快，锂离子电池技术也得到了相应的发展，磷酸铁锂带电池应运而生，这种类型的电池所具优势明显，如安全性好、没有记忆效应、工作电压高、循环寿命长以及能量密度大等。下面笔者就磷酸铁锂电池的性能以及应用进行研究和分析。 [关键词]滇池；性能；磷酸铁锂；储能 中图分类号：TG113.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0368-01 一、前言 目前在锂电池的研究中，所研究的主要正极材料包含有LMin2O4、LiCoO和LiNiO2等，但因钴资源有限，再加上其有毒，在制备钼酸锂上难度较大。自从磷酸铁锂所具的可逆嵌脱锂特性被报道以后，该材料也受到了广泛关注，关于该材料方面的研究和文献报道也随之增多，和传统锂电池比较，磷酸铁锂电池所具安全性能较好，原材料来源比较广泛，循环寿命长且成本较低等，目前在通信、电网建设中已得到广泛应用。 二、磷酸铁锂电池性能分析 磷酸铁锂电池正极由LiFePO4材料所构成，由铝箔连接正极；电池负极为碳石墨构成，由铜箔和负极连接；电池中间为聚合物隔膜，借助于此隔开电池正负极，其中锂电子能经过隔膜，而电子不可经过隔膜，在电池内存在电解质。于LiFePO4和FePO4间完成电池充放电反应，充电期间，LiFePO4缓慢脱离出锂离子成为FePO4；放电期间，锂离子嵌入FePO4逐渐形成为LiFePO4。当电池在充电时，自磷酸铁锂晶体电池中锂离子迁移至晶体的表面，于电场力不断作用下开始进入电解液，接着穿过隔膜，而后通过电解液迁移至石墨晶体表面，继而嵌入到石墨晶格。在此时，电子通过导电体逐渐流向电池正极铝箔集电极，通过极耳—电池正极柱—外电路—负极极柱—负极极耳逐步流向至铜箔集流体，最后再通过导电体流至石墨负极，从而使负极电荷可达到平衡。电池在放电期间，锂离子脱嵌于石墨晶体，进入电解液，接着穿过隔膜，通过电解液迁移至磷酸铁锂晶体表面，而后重新嵌入至磷酸铁锂晶格中，此时，电子通过导电体逐渐流向至铜箔集电极，通过极耳—电池负极柱—外电路—正极极柱—正极极耳而流向至铝箔集流体，并再通过导电体流至电池正极，以便正极电荷达到平衡。 磷酸铁锂电池借助于自身所具独特优势，如高工作电压、绿色环保、能量密度大、支持无极扩展以及循环寿命长等，将其组成为储能系统以后能够大规模储存电能。由磷酸铁锂电池构成的储能系统，除磷酸铁锂电池组外，还包含有电池管理系统、中央监控系统、换流装置以及变压器，其中换流装置中又包括整流器以及逆变器。该系统能量转换机理主要如下：在充电
磷酸铁锂市场分析研究报告
一、项目概述 磷酸铁又叫正磷酸铁，自然界存在的磷酸铁叫做蓝铁矿。磷酸铁中的铁为三价铁，以二水合物居多。用途：正磷酸铁可用到陶瓷、电池、食品等行业中： 1.陶瓷级正磷酸铁：生产高档陶瓷金属釉、黑釉、仿古釉等色釉料的原料； 2.电池级磷酸铁：高级磷酸铁锂电池；电光材料等的重要原料； 3.食品级正磷酸铁：营养增补剂（铁质强化剂），本品性能稳定，不易发生反 应而影响食品品质，是理想的铁源制剂，多用于蛋白质，米制品及糊状制品，正磷酸铁应用于食品是很好的一种营养强化剂。 目前看来，磷酸铁锂是最有可能真正大规模应用于动力型和储能型锂离子电池的理想材料。自从1997年美国的JohnB.Goodenough教授提出这一材料以来，国内外对此进行了广泛而深入的研究。 随着化石能源的枯竭，国际原油、天燃气等一次能源价格的上涨，锂电池在电动汽车及蓄能材料领域的成熟应用，加上国家产业政策的大力支持，高安全性、高可靠性、绿色环保的磷酸铁锂储能材料的需求日益攀升，磷酸铁锂材料根据应用领域的不同，可分为能量型与功率型两种。其性能要求的共性是重量比容量高、安全性能好、可加工性能好、循环寿命长。差异是能量型要求有高的体积比容量。功率型要求有高的充、放电倍率且低温性能好。目前合成磷酸铁锂的铁源主要有三种，分别是草酸亚铁、三氧化二铁及磷酸铁。前两种铁源不具有骨架作用。合成工艺也相对复杂，其稳定性问题是业界最为担心的问题。而后者——磷酸铁的的骨架作用，对合成产品磷酸铁锂的性能上体现得优为明显。 二、产品目标市场分析、影响、趋势预测、前景分析 1.电池市场介绍 电池市场分类
磷酸铁锂电池（以下简称锂铁电池）作为铁电池的一种，一直受到业界朋友的广泛关注（也有人说锂铁电池其实就是锂离子电池的一种）。就铁电池而言，它可以分为高铁电池和锂铁电池，今天我们以型号为STL18650的锂铁电池为例，来具体说明一下锂铁的电池的放电特性及寿命。 STL18650的锂铁电池（容量为1100mAh）在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C，最大的放电率为10C，五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图1中可看出，不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的（即放电电压平稳，基本保持不变），只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲（放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲）。在0.5～10C的放电率范围内，输出电压大部分在2.7～3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。 图1 STL18650的放电特性 容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下（从-20～+40℃）的放电曲线如图2所示。如果在23℃时放电容量为100%，则在0℃时的放电容量降为78%，而在-20℃时降到65%，在+40℃放电时其放电容量略大于100%。 从图3中可看出，STL18650锂铁电池可以在-20℃下工作，但输出能量要降低35%左右。 图2 STL18650在多温度条件下的放电曲线 STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是：以1C充电率充电，以2C放电率放电，历经570次充放电循环。从图3的特性曲线可看出，在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。
图3 STL18650的充放电循环寿命曲线 过放电到零电压试验 采用STL18650（1100mAh）的锂铁动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。 试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。 这试验说明该电池即使出现过放电（甚至到0V），并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。
磷酸铁锂概况 1.1 磷酸铁锂的基本概况 磷酸铁锂英文名：LITHIUM IRON PHOSPHATE CARBON COATED；简称LFP； 分子式：LiFePO4； 分子量：157.76； CAS：15365-14-7； 磷酸铁锂（分子式LiFePO4，简称LFP），是锂离子电池的一种正极材料，其特点是原料价格低廉丰富，工作电压适中、电容量大、高放电功率、可快速充电且循环寿命长、稳定性高，自90年代被发现后，成为了引发了锂电池革命的新材料，是当前电池发展领域的前沿。 磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池。采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的电池被称为磷酸铁锂电池，由于磷酸铁锂电池的众多优点，被广泛使用于各个领域。 目前全球已经有很多厂家开始了工业化生产磷酸铁锂，国外加拿大Phostech Lithium公司、美国Valence（威能）公司和A123（高博），国内天津斯特兰，北大先行等。世界各国正竞相实现产业化生产。 目前，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。 1.2 磷酸铁锂性能特点 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。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，
寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。 磷酸铁锂优势性能主要有： 1、比容量大，高效率输出，高能量密度。磷酸铁锂标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140 mAh/g（0.2C，25℃）； 2、结构稳定、安全性能好。磷酸铁锂是目前最安全的锂离子电池正极材料；不含任何对人体有害的重金属元素；即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好。 3、循环寿命长。经500次循环，其放电容量仍大于95%；实验室制备的磷酸铁锂单体电池在进行IC的循环测试时，循环寿命高达2000次。在100%DOD 条件下，可以充放电2000次以上；(原因：磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是电子离子传到率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。解决方法：在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。) 4、资源丰富、成本低廉。磷酸铁锂原材料来源广泛、价格便宜。 5、充电性能好。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。可快速充电，自放电少，无记忆效应。可大电流2C 快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C。过放电到零伏也无损坏，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。 6、工作温度范围宽广（-20℃～＋75℃）。高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池内部结构安全、完好。 磷酸铁锂性能缺点主要有： 1、导电性能差。目前在实际生产过程中通过在前驱体添加有机碳源和高价金属离子联合掺杂的办法来改善材料的导电性（A123、烟台卓能正采用这种方法），研究表明，磷酸铁锂的电导率提高了7个数量级，使磷酸铁锂具备了和钴
低温改性磷酸铁锂电池实验方案 在电池制作过程中，试验从以下几点出发改善电池的低温性能： 1、正极箔材：利用表面涂有到点钛粉的铝箔替代原有箔材，提高电子导电率； 2、利用低温电解液； 3、与德方的低温正极材料按比例混合； 4、配料过程中掺杂碳纳米管； 5、增加电芯厚度； 6、利用孔隙率高的隔膜； 7、配料过程中添加一定量的石墨烯做导电剂；
HEV和EV中电池管理经验之谈 2011-10-09 20:24:04 来源:电子系统设计 就混合动力汽车(HEV) 和电动汽车(EV) 而言，使用锂离子电池，可在功率、能量密度、效率和环境影响之间取得最佳平衡。但同时，锂离子电池也是易损坏和危险的，而汽车环境又相当棘手、难以应付。混合动力汽车和电动汽车的电子产品面临的挑战是，弥补要求苛刻的汽车环境和电池敏感性之间的差距。汽车环境的苛刻和电池的敏感堪称地狱中的绝配。 考虑到汽车对能量、功率和环境的要求，安全、可靠地使用大型锂离子电池组绝对不是一个简单的任务。锂离子电池以满充电状态或满放电状态工作时，容量会降低。考虑到循环往复的充电、组与组之间的差别和不同的环境条件，每节电池的容量都会随着时间推移而降低并产生偏离。因此，电池组要实现15 年、5000 个充电周期的目标，每节电池都必须保持在有限的工作范围内工作。通过控制每节锂离子电池的充电状态(SOC)，可以最大限度地提高电池组的容量，同时最大限度地减轻容量的降低。确保高效率、安全地使用汽车电池组，是电池管理系统(BMS) 的责任。 电池管理系统的任务是，仔细跟踪和控制每节电池的充电状态。电池管理系统的测量准确度至关重要，因为它决定了每节电池能多么靠近其可靠充电状态范围的边缘工作。最大限度地提高可用容量的能力决定了所需的电池数量，而电池数量对成本和重量有很大的影响。准确地测量每节电池的电压相当困难，因为电池组中的电池易受高共模电压和高频噪声的影响。为了理解这一点，我们想想以下事实：电动汽车/混合动力汽车的电池组通常电压非常高，由100 至200 个串联连接的电池组成。这类电池组必须提供可能超过200A 的快速充电和放电电流，在电池组的顶端，电压瞬态有可能超过100V。 对成本和可靠性的关注导致汽车电子产品向集成度更高、组件数更少的方向发展。在高度复杂的电池管理系统中，这种趋势尤其明显，在这类系统中，我们看到，诸如凌力尔特LTC6802 这类电池监视IC 已经出现。在新式电池管理系统中，这类高度集成的器件是关键的数据采集组件，与之前的分立式解决方案相比，这类器件降低了成本、减少了所需占用的空间和组件数。电池监视器的主要功能是，直接测量串联连接电池的电压，典型情况下每个IC 监视12 个通道。这类IC 中还包括电池容量平衡控制和额外的测量输入(如用于温度的输入)。为了应对高压电池组，这类器件一般设计为通过菊花链式串行接口相互通信。在电池管理系统中，有一个组成部分一般不可能成功集成到电池监视IC 中，那就是嵌入式软件。充电状态算法是受到严密保护的技术，是特定于化学组成、尺寸、外形、工作条件和应用的。就新式高压、大功率电池组而言，现成有售的算法不可能有用，嵌入式软件使故障机制影响分析(FMEA) 变得复杂了，在使用嵌入式软件的情况下，系统设计师无法进行直接控制。图1 说明了由任意节电池组成的电池模块的基本配置，其中电池组管理系统的算法是软件编码的，并由开发商独家控制。 图1：由很多节电池组成的电动汽车/ 混合动力汽车电池模块的基本拓扑。 电池监视IC 的一个关键考虑因素是，怎样处理将遇到的汽车噪声。例如，很多电池监视器使用快速SAR 转换器实现电池的数字化，在超过100 个通道的数据采集系统中，这似乎是有利的。然而，汽车环境是有噪声的，需要进行大量的滤波，而且这种滤波决定有效吞吐量，而不是采样率。由于这个原因，增量累加(DS) ADC 比SAR 转换器有优势。就给定的10kHz 噪声抑制量而言，每秒1000 次采样的DS ADC 提供的吞吐量与每秒100 万次采样的SAR ADC 提供的吞吐量相同。例如，LTC6802 采用一个每秒1000 次采样的DS ADC，该ADC 在10ms 时间内可顺序对10 个输入通道采样。内置的线性相位数字滤波器对10kHz 开关噪声提供36dB 的抑制。要在10kHz 时获得相同的噪声抑制，每秒100 万次采样的SAR 转换器在每节电池上都需要一个转角频率为160Hz 的单极性RC 滤波器(参见图2)。RC 滤波器的12 位稳定时间为8.4ms，即使SAR ADC 能在10us 时间内顺序对10 个通道采样，由于滤波器的响应，每8.4 ms 超过 1 次的扫描也是没有意义的。 图2：增量累加转换器和采用RC 电路的SAR 转换器的比较增量累加转换器以更好的滤波性能提供同样的有效吞吐量。 在一长串电池监视IC 的情况下，串行接口也是一个重要的考虑因素，凌力尔特提供两种截然不同的选择。一种选择(也是大多数电池监视IC 所支持的) 是菊花链式接口。采用菊花链式接口时，无需光耦合器
温度对磷酸铁锂电池的影响分析 锂离子电池具有工作电压高（是镍氢、镍镉电池的3倍）、比能大（可达165Wh/kg,是镍氢电池的3倍）、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电低、无记忆效应、无污染等众多优点。在新能源行业磷酸铁锂电池被看好，电池循环寿命可达到6000次左右，放电稳定，被广泛应用在动力电池和储能等领域。 但其推广的速度及应用领域广度、深度却不尽如意。阻碍其快速推广的因素除了价格、电池材料自身引起的批次一致性等因素外，其温度性能也是重要因素。此文考察了温度对磷酸铁锂电池性能的影响，同时考察了电池组在高低温情况下的充放电情况。 一、单体（模组）常温循环汇总 常温测试电池的循环寿命可以看出，磷酸铁锂电池的长寿命优势，目前做到3314个循环，容量保持率依然在90%，而达到80%的寿命终止可能要做到4000次左右。 1、单体循环 目前已完成：3314cyc，容量保持率为90%。 受电芯的加工工艺和模组的成组工艺影响，电池在PACK完成后其中的不一致性已经形成，工艺越精湛成组的内阻越小，电芯间的差异性越小。以下模组
的循环寿命是目前大部分磷酸铁锂能做到的基本数据，这样在使用过程中就需要BMS对电池组定期进行均衡，减小电芯间差异，延长使用寿命。 2、模组循环 目前已完成：2834cyc，容量保持率为67.26%。 二、单体高温循环汇总 高温工况下加速电池的老化寿命。 1、单体充放电曲线 2、高温循环
高温循环完成1100cyc，容量保持率为73.8%。 三、低温对充放电性能影响 电池在0～-20℃温度下，放电容量分别相当于25℃温度下放电容量的88.05％、65.52％和38.88％；放电平均电压依次为3.134、2.963 V和2.788 V，一20℃放电平均电压比25℃时降低了0.431 V。从上述分析可知，随着温度的降低，锂离子电池的放电平均电压和放电容量均有所降低，尤其当温度为-20℃时，电池的放电容量和放电平均电压下降较快。
10Ah磷酸铁锂电池与錳酸锂电池对照分析 1．电器特性 磷酸铁磷錳酸锂 电池最高电压(V) 3.9 电池最高电压(V) 4.2 电池最低电压(V) 2.5 电池最低电压(V) 2.75 额定电压(V) 3.2 额定电压(V) 3.7 电池容量(AH) 10 电池容量(AH) 10 最大充电电流(A) 5 最大充电电流(A) 5 最大放电电流(A) 18 最大放电电流(A) 18 过充保护电压(V) 3.95 过充保护电压(V) 4.25 过放保护电压(V) 2.2 过放保护电压(V) 2.45 放电保护电流(A) 20 放电保护电流(A) 20 2．曲线分析 10AH錳酸锂电池0.2C充电曲线 分析： 1.充电第一阶段（0—30 min），充电电流较大，充电快，电池内阻较小。充电平均速率 v=0.025V/min 2.充电第二阶段（30—250 min），电池进入充电稳定状态，内阻增大。充电平均速率 v=6.82*10-4V/min 3.充电第三阶段 (250—370 min )，充电幅度比第二阶段略快，内阻增大。v=0.0025V/min 4.充电过程中，电池容量减小。 5.电池电容C=△Q/△U=10*3600/1.2=30000F 10AH磷酸铁锂电池0.2C充电曲线 分析： 1. 充电第一阶段(0—30 min), 电池内阻有增大的趋势，充电平均速率 v=0.01166V/min 2. 充电第二阶段(30—260 min), 总体处于充电平稳状态，内阻增大， v=4.3478*10-4V/min 3. 充电第三阶段(260—310 min)，充电电压上升幅度较大，内阻增大，v=0.01V/min 4. 充电过程中，电池容量减小。 5. 电池电容C=△Q/△U=10*3600/1=36000F 两种电池的比较分析： 1. 10AH磷酸铁锂电池比10AH錳酸锂电池容量小。 2. 充电的第一、二阶段，錳酸锂电池比磷酸铁锂电池要快，第三阶段相反。 两种电池的内阻在充电过程中都趋于增大，电池容量减小。
电极水分对磷酸铁锂电池性能的影响 发表时间：2019-11-08T15:10:34.197Z 来源：《基层建设》2019年第22期作者：张斌林丹李世丰柳增富 [导读] 摘要：通过库仑法水分测试仪标定不同水分含量的磷酸铁锂正极片，将其制备成软包型锂离子电池。对其电化学循环性能?倍率性能?交流阻抗进行了测试。 力神（青岛）新能源有限公司 266000 摘要：通过库仑法水分测试仪标定不同水分含量的磷酸铁锂正极片，将其制备成软包型锂离子电池。对其电化学循环性能?倍率性能?交流阻抗进行了测试。结果表明不同水分含量极片制备的电池循环性能及倍率性能与电极水分含量有密切关系。 关键词：电极水分；磷酸亚铁锂；软包电池；循环性能 引言：锂离子电池具有工作电压高、容量高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应以及无环境污染等显著优点。是目前最具实用价值的移动电子设备电源及电动汽车动力电池。对于应用于电动汽车及大型储能装置中的大容量型动力锂离子电池，限制其推广应用的主要因素是电池的循环性能安全性能和成本。电池制造过程中，电极水分控制对于电池的循环寿命和安全性有着重要影响。 1水分含量对磷酸铁锂材料性能的影响 磷酸铁锂材料颗粒，尺寸较小，比表面积较大，在制备过程中也会加入占比不等的碳，使得其本身对水分含量非常敏感。当暴露在水分含量较高的环境中时，磷酸铁锂材料会出现明显的析锂现象，而金属锂则会与空气中的水分以及二氧化碳发生化学反应，生成LiOH和Li2CO3，降低材料活性，影响电性能。如表1所示，参考一般电池工厂材料存储条件，通过实验的方法，对不同存储时长下的磷酸铁锂材料表面力度，比表面等进行分析后发现，随着存储时间的增加，材料表面碱性明显增强，水以及LiOH含量稳步增长。 表1不同存储时长下的物化指标 2水分对磷酸铁锂电池内阻的影响 根据一般工艺要求，磷酸铁锂电池内部水分必须控制在合理的范围内，过多和过少都会对电池性能造成负面影响，最突出的表现就是电池内阻的增加。 当水分含量过低时（比如：极片过度干燥），极片掉粉现象会更加明显，在组装过程中电池因短路造成的不合格率明显增加。同时，由于极片涂层表面导电剂、活性材料、粘结剂之前缺少足够的连接，在电池进行预充激活时，电池内阻会在短时间内呈现明显的上升趋势，直至超出允许范围。 由图1可知，电池内阻随着含水量的增加而明显增加。电池预充时，由于多余的水分与SEI发生反应，会在SEI膜表面生成POF3和LiF 沉淀，导致电池内阻增加。同时，电池内部水分含量的增加，会导致隔膜水分含量超标，严重影响隔膜的绝缘性和散热性，也会导致电池内阻增大，并且电池后期出现短路、胀气等热失控现象的概率大大增加。 图1水分含量与电池内阻关系 3水分对电池放电容量的影响 由上文结论可以看出，随着磷酸铁锂材料水分的增加，材料表面碱性增加，活性物质占比下降，由此带来的最接影响是使得电池初次放电容量随之而降低。磷酸铁林材料表面金属锂的析出会直接影响SEI膜的构成，而多余的水分则会促使电解液中的LiPF6分化成LiF和PFs。也就是说，水分的增加会导致构造SEI膜最关键的两个因素Li+和电解液有效含量的降低，会直接导致SEI的厚度、均匀性等无法满足要求。而水分不断的与SEI膜发生反应，而SEI膜不断的进行修复，消耗电解液，进而使得电池循环容量急速衰减。 4水分含量对电池厚度的影响 随着水分含量的增加，电池的厚度也在变大。在SEI膜形成过程中会产生CO2、CO等气体。并且当水分过量时，多余的水会继续与电解液中的LiPF6反应产生HF气体。由图2可知，当电池内水分含量达到一定程度后，电池厚度与水分含量几乎成正比。
[讨论]当前国内磷酸铁锂现状（权威）（转） 目前国内外已经能实现量产的合成方法均是高温固相法，高温固相法又分传统的（以天津斯特兰、湖南瑞翔、北大先行等为代表）和改进的（以美国威能、苏州恒正为代表，也称碳热法）两种。本项目的合成方法和美国valence公司的合成方法相近，即采用碳热法。和大多数生产厂家不同之处有原材料选择和烧结工艺。产品性能和国外公司的对比如下表。 和国内外公司同类产品比较 美国valence 天津斯特兰湖南瑞翔本项目备注 平均粒径 2-4μm 2-4μm 2-4μm 2-4μm可调 比容量 >130典型值135 >130典型值140 >130典型值 135 130典型值135 混粉 振实 1.5 1.1 1.2 1.5 比表面积(m2/g) 12 <15 <15 <20 2000次循环后容量衰减率(%) <10 <20 <15 <15 ? 技术质量指标 外观：灰黑色粉末，无结块。 物理性能： X射线衍射：对照JCDS标准，无杂相存在。 粒度分布：正态分布 D50=2-3μm，D90<10μm。 振实密度：1.5g/cm3。 比表面积：?15m2/g。 电化学性能： 1C 放电容量>130mAh/g 2000个循环容量衰减小于15% 市场分析 3.1市场前景需求 国内方面，山东海霸通讯设备有限公司投资3亿人民币，新建厂房占地350亩。拟建成国内最大的磷酸铁锂动力电池生产基地。万向集团实测了山东海霸的磷酸铁锂聚合物动力电池，发现其性能比锰酸锂电池性能还要好，通常所担心的低温性能在－20℃已经达到80%设计容量，而高倍率放电10C时也可达到80%容量，仅温升过快而已。这表明，磷酸铁锂已经基本达到电动汽车的使用要求！当然磷酸铁锂要大行其道，可能还有一些工艺完善，产品质量稳定化的过程，但据预测，2－3年内必是磷酸铁锂作为动力电池的主流，这个观点是绝大多数动力锂电池生产者和研究者的共识。另外，深圳市比亚迪电池股份有限公司正致力于研究动力汽车，目前该公司大批量采购国内生产的磷酸铁锂，凡是能批量生产的，比亚迪公司都成吨的采购，据称目前磷酸铁锂月需求是40吨。该公司已经先购入三条不同的烧结设备准备进行中试研究。此外，ATL广东新能源目前每月对磷酸铁锂的需求是10吨，天津力神在经过长时间的为Valence OEM后，每月也有固定的磷酸铁锂需求。河南环宇集团和青岛澳柯玛都希望能寻找到供应磷酸铁锂材料的国内生产厂家。还有一些锂离子电池生产厂家都已经对磷酸铁锂系列的电池进行了较长的研究，已经获得了使用经验，市场已经逐渐成熟。欧美、台湾、日本方面对磷酸铁锂材料也有很大的需求量，目前磷酸铁锂材料在国内和国际市场上都处于供不应求状态，苏州恒正科技制备的磷酸铁锂材料售价高达30多万/吨，另外，台湾必翔愿意独家包销湖南瑞翔的磷酸铁锂材料5年，足见国际市场磷酸铁锂的需求之旺盛。 据某公司的一份磷酸铁锂生产可行性分析报告估计，至2006年，锂离子动力电池总需求量为50.69亿A h（单体电池工作电压3.6伏），折算为正极材料其消耗量为36200吨。而以上数据仅仅只包含了国内市场，考虑到国外市场的拓展及电动轿车的潜在发展，对动力型锂离子电池正极材料的需求量要远远超出3 6200吨。综合上述分析，磷酸铁锂作为新型高能锂离子电池的正极活性材料及电子材料产品，随着电池工业及电子工业的发展，具有广阔的市场前景。在未来的两三年内，磷酸铁锂的市场需求量将达5万吨以
影响磷酸铁锂电池低温性能的因素有哪些？ 导电性差、锂离子扩散速度慢。高倍率充放电时，实际比容量低，这个问题是制约磷酸铁锂产业发展的一个难点。磷酸铁锂之所以这么晚还没有大范围的应用，这是一个主要的问题。但是，导电性差目前已经得到比较完美的解决：就是添加C或其它导电剂。目前在实际生产过程中通过在前驱体添加有机碳源和高价金属离子联合掺杂的办法来改善材料的导电性（A123、烟台卓能正采用这种方法），研究表明，磷酸铁锂的电导率提高了7个数量级，使磷酸铁锂具备了和钴酸锂相近的电导特性。实验室报道当0.1C充放电时，可以达到165mAh/g以上的比容量，实际达到135-145mAh/g，基本接近钴酸锂的水平；但是锂离子扩散速度慢的问题到目前仍然没有得到较好的解决，目前采取的解决方案主要有纳米化LiFePO4晶粒，从而减少锂离子在晶粒中的扩散距离，再者就是掺杂改善锂离子的扩散通道，后一种方法看起来效果并不明显。纳米化已经有较多的研究，但是难以应用到实际的工业生产中，目前只有A123宣称掌握了LiFePO4的纳米化产业技术。 振实密度较低。一般只能达到0.8-1.3，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的很大缺点。所有磷酸铁锂正极材料决定了它在小型电池如手机电池等没有优势，所以其使用范围受到一定程度的限制。即使它的成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能小量的取代钴酸锂。但这一缺点在动力电池方面不会突出。因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。 磷酸铁锂电池低温性能差。尽管人们通过各种方法（例如锂位、铁位、甚至磷酸位的掺杂改善离子和电子导电性能，通过改善一次或二次颗粒的粒径及形貌控制有效反应面积、通过加入额外的导电剂增加电子导电性等）改善磷酸铁锂的低温性能，但是磷酸铁锂材料的固有特点，决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下，对于单只电芯（注意是单只而非电池组，对于电池组而言，实测的低温性能可能会略高，这与散热条件有关）而言，其0℃时的容量保持率约60～70％，-10℃时为40～55％，-20℃时为20～40％。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。当前一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能和改善电芯结构设计等使磷酸铁锂的低温性能有所提升，但还未真正满足需求。 电池存在一致性问题。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000次，但电池组的寿命会大打折扣，有可能是500次。因为电池组是由大量单体电池串并而成，其工作状态好比一群人用绳子绑在一起跑步，即使每个人都是短跑健将，如果大家的动作一致性不高，队伍就跑不快，整体速度甚至比跑得最慢的单个选手的速度还要慢。电池组同理，只有在电池性能高度一致时，寿命发挥才能接近单体电池的水平。而在现有的条件下，由于种种原因，制作出来的电池一致性不佳，进而影响到电池的使用性能和整体寿命，因此应用在动力汽车上存在一定障碍。 影响电池产品一致性的因素主要有三点： 1）原材料的品质：特别是磷酸铁锂材料系新生事物，其制造设备、合成工艺都不安全成熟、品质易出现波动，导致电池产品一致性受到影响。 2）生产环境：磷酸铁锂电池做诶一个化工原料众多、工艺繁杂的高科技产品，其生产环境对温度、湿度、粉尘等都有很高的要求，如果没有控制到位，电池品质将出现波动。 3）制造设备：生产过程中手工的成分越少、设备自动化程度越高，电池一致性越好。 因此，磷酸铁锂电池要做到一致性好，关键是：1）原材料的把握；2）精密的电池生产设备；3）对工艺制作及流程的关键位有精细的控制模式；还有重要一点的是，配料过程的控制，特别是浆料的均匀一致性特别重要，在每个步骤都要做到充分均匀。也就是说，只要生产工艺实现标准化，磷酸铁锂电池的一致性问题可以得到有效解决。
关于磷酸铁锂电池的知识 导读：锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。 磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。 1.介绍 磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，一个主要用途是用作动力电池，相对NI-MH、Ni-Cd电池有很大优势。 磷酸铁锂电池充放电效率较高，倍率放电情况下充放电效率可达90%以上。而铅酸电池约为80%。 2.八大优势 安全性能的改善 磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。有报告指出，实际操作中针刺或短路实验中发现有小部分样品出现燃烧现象，但未出现一例爆炸事件，而过充实验中使用大大
超出自身放电电压数倍的高电压充电，发现依然有爆炸现象。虽然如此，其过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池，已大有改善。寿命的改善 磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电(5小时率)使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1~1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，理论寿命将达到7~8年。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。大电流放电可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C 充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C,而铅酸电池无此性能。 高温性能好 磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广(-20C--+75C)，有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。 大容量 具有比普通电池(铅酸等)更大的容量。5AH-1000AH(单体) 无记忆效应 可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而
本文摘自再生资源回收-变宝网（https://www.doczj.com/doc/476282865.html,）浅析磷酸铁锂电池的优点及缺点 磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁（LiFe）动力电池。 一、工作原理 磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。 二、意义 金属交易市场，钴（Co）最贵，并且存储量不多，镍（Ni）、锰（Mn）较便宜，而铁（Fe）存储量较多。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是挺便宜的。它的另一个特点是对环境环保无污染。 作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全（不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸）、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电（5～10C 放电）、放电电压平稳上、安全上（不燃烧、不爆炸）、寿命上（循环次数）、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。 三、结构与工作原理
LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。 LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。 四、主要性能 LiFePO4电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号（同一种封装的标准电池），其电池的容量有较大差别（10%～20%）。 这里要说明的是，不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会有一些差别；另外，有一些电池性能未列入，如电池内阻、自放电率、充放电温度等。 磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别，可以分成三类：小型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。 五、过放电到零电压试验： 采用STL18650（1100mAh）的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。
新疆有色金属 ２０１２年 磷酸铁锂研究现状概述 欧传奇 (新疆有色金属研究所乌鲁木齐830000） 摘要橄榄石型磷酸铁锂（ＬｉＦｅＰＯ４）因具有理论容量较高、循环稳定性好、价格低廉、环保等一系列优点，被认为是最具发展前景的新一代锂离子电池正极材料，也是目前正极材料研究的重点。本文概述了近年来磷酸铁锂的常用制备方法，及其作为正极材料的优缺点以及各种改性方法。 关键词锂离子电池磷酸铁锂正极材料 锂离子电池的研究开始于上世纪六十年代初，七十年代以后发展迅速，尤其在１９９０年Ｓｏｎｙ公司实现锂离子电池产业化以来，因具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等诸多优点，锂离子电池已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机以及便携式测量仪器等众多民用和军用领域。对于其进行的基础研究也得到迅猛发展，目前主要朝着低成本高性能方向发展，主要研究热点是开发适用于高性能锂离子电池的新材料及新技术。 锂离子电池主要由正极材料、电解质和负极材料组成。目前来说锂离子电池的最常用的负极材料是石墨以及经过改性的碳材料，它们的实际容量已经广泛突破了石墨负极的容量。而正极材料的研究却相对缓慢。电池的能量密度是决定电池轻量化和小型化的一项重要技术指标，作为二次电池，另外一个重要的参数是锂离子电池的开路电压，而要提高工作电压，应设法提高正极材料的嵌锂电位，降低负极材料的脱锂电位。锂离子电池负极材料通常是石墨（ＬｉｘＣ６），经过不断的改性提高，其脱锂电压已经接近金属锂的标准电位，几乎没有进一步的降低空间，相反，正极材料没有标准电极电位这一限制，因此在提高嵌锂电位方面有着无限的潜力，这也是目前的主要研究方向。当然还必须开发与此相应的能够承受更高工作电压的电解质。锂离子电池的比容量应由正负极材料间所脱嵌的Ｌｉ＋量决定。目前普遍采用的负极材料ＬｉｘＣ６其应用中的可逆比容量已经达到了很高，比一些正极材料的理论值还要高，因此当前提高锂离子电池比容量的重任落在正极材料身上。锂离子电池充放电过程的实现依赖于Ｌｉ＋在正负极材料中的顺利脱嵌，因此其可循环次数的多少主要取决于正负极材料在Ｌｉ＋反复脱嵌的过程中的结构稳定性。ＬｉｘＣ６在这方面已经能较好的满足要求，因此提高锂离子电池循环寿命的主要突破方向仍在正极材料。 目前正极材料主要有尖晶石型ＬｉＭｎ２Ｏ４、层状ＬｉＣｏＯ２、层状ＬｉＮｉＯ２、三元正极材料ＬｉＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＭｎｙＯ２、橄榄石型ＬｉＦｅＰＯ４等［１］。ＬｉＭｎ２Ｏ４的致命缺点是放电过程中放电比容量衰减严重，导致其循环性能很差。ＬｉＣｏＯ２理论上比容量大、循环寿命长，可快速充放电，电化学性能比较稳定。但是钴材料本身成本高，资源缺乏，毒性大，另外ＬｉＣｏＯ２在充电时开始分解产生氧气的温度是２４０℃，安全隐患较大，因此还需要找更为安全，价格更加低廉的材料代替。ＬｉＮｉＯ２也有很多缺点，诸如合成困难、首次不可逆容量较大、热安全性差等。ＬｉＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＭｎｙＯ２合成步骤繁琐且前驱体制备的重复性较差，且原料Ｎｉ、Ｃｏ的价格很高，毒性也较大，需进一步改进。ＬｉＦｅＰＯ４材料结构稳定、循环寿命长，还具有无毒、环境友好、原料丰富等优点，非常适合于对安全性，循环寿命，功率特性，受用成本等极为敏感的大型电池应用领域。 １９９７年，Ｐａｄｈｉ等人首次报道了橄榄石型ＬｉＦｅＰＯ４可以被用作锂离子二次电池正极材料，并且表现出了优异的电化学性能。该发现引起了国内外研究人员的关注。进一步研究发现其橄榄石型结构使其具有很好的热稳定性，与其他正极材料有着相当的比能量和比功率，充放电过程中结构稳定，具有良好的电化学性能和循环性能，是非常有前景的正极材料。但是ＬｉＦｅＰＯ４本征电导率很低，严重影响了该材料的高倍率性能，此外其振实密度较小，单位体积容量较小，有待进一步研究和改进。 １主要制备方法 目前磷酸铁锂的主要制备方法有固相反应法、 １４３