磷酸铁锂和锰酸锂的性能比较
卢建国 喻纬冰 黄震宇
摘要：随着世界各国对新能源电池产业的政策倾斜，锂离子动力电池作为21世纪发展的理想能源，越来越受到大家的关注。作为正极材料磷酸铁锂和锰酸锂各自存在的优势和劣势，本文希望通过对磷酸铁锂和锰酸锂的性能的比较分析，给它们一个公正和客观的评价。
关键词：锂离子动力电池 磷酸铁锂 锰酸锂 倍率 循环 低温
摘随着世界各国对新能源电池产业的政策倾斜，锂离子动力电池作为21世纪发展的理想能源，越来越受到大家的关注。自锂离子电池在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用以后，最近两三年中，世界一流锂电企业对锂离子动力电池商业化生产的成功，不仅给UPS、移动激光电源、移动照明电源、移动通讯设备、军事领域、航空航天领域的应用带来了实质进展，更给汽车行业以动力电源取代传统能源的愿望带来了希望。
如此广阔的市场前景，使得锂离子动力电池商业化生产成为人们最为关注的焦点。中国锂电行业的相关企业自然不会放过这个机遇，纷纷开始试制或批量生产锂离子动力电池。
生产锂离子动力电池必然要对正极材料进行选择。虽然从理论上讲，可以提供选择的正极材料品种繁多，但是目前真正可以应用商业生产用途的锂离子正极材料很少，归纳下来只有磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料。如果考虑电池的安全和循环寿命，那么只有磷酸铁锂和锰酸锂可以胜任。它们之所以能够成为动力锂离子电池正极材料的首选，和它们的结构和性能有着密不可分的联系。通过世界各国材料研究人员不懈的努力，我们对磷酸铁锂和锰酸锂的结构和性能有了下面的一些基本认识。
磷酸铁锂结构图
锰酸锂结构图
磷酸铁锂和锰酸锂性能一览表
性能参数 锰酸锂 LiMn2O4 磷酸铁锂 LiFeP04
材料结构 尖晶石结构 橄榄石结构 理论容量（mAh/g） 148 170
实际容量（mAh/g） 100～120 130～140
导电率（S/cm） 10～6 10～10
振实密度（g/cm3） 2.2～2.4 1.0～1.4
比表面积（m2/g）0.4～0.812～20
工作电压平台(V) 3.7 3.3
工作电压范围(V) 2.5-4.2 2.8-3.6
根据上述研究数据，我们可以了解到磷酸铁锂和锰酸锂各自存在的优势和劣势，具体比较如下表所示：
磷酸铁锂 （LiFeP04）锰酸锂（LiMn2O4）优势 劣势 优势 劣势
常温和高温下循环
性能极佳 低温下循环性能极差常温和低温下循环性
能佳
高温下循环性能差
原材料丰富 制备技术不够成熟且
有专利保护 原材料丰富，制备技
术成熟
高性能材料的制备
技术尚不普及
材料环保，制备电池安全性能好 导电率和振实密度低材料环保，制备电池
安全性能好
未经改性的材料容
量较低
真正从事锂电工作的人们对上述表格的结论都很清楚，磷酸铁锂和锰酸锂做为锂离子动力电池的正极材料并不存在着谁优谁劣的巨大差异。但是对行外人士来说，就很容易被磷酸铁锂下列的几个特点所迷惑：
1）常温和较高温度下循环性能极佳。这是因为它具备橄榄石结构，该结构在室温直至80℃的情况下呈现出很好的稳定性。实验室制备的单体
电池在进行1C的循环测试时，有创下2000次的记录。
2）用它制备的锂离子动力电池在安全性能上表现良好。尽管这是因为其工作电压平台只有3.3V所致，但是人们往往忽视这一点。
3）原材料丰富。这一点很容易让人们联想到磷酸铁锂制备简单和低成本。
目前现在国内某些锂电企业正是凭借着行外人士的模糊认识，通过各种舆论手段拼命夸大磷酸铁锂的循环和安全性能，并将锰酸锂说得一无是处。如果仅仅是是个别的商业性炒作倒也无可厚非，但是当这种不负责任的做法逐渐被整个行业所默认时，就令人匪夷所思了。
本文希望通过对磷酸铁锂和锰酸锂的性能分析，还给它们一个公正和客观
的评价。
首先我们来看看锂电行业生产锂离子动力电池的情况。世界上生产锂离子动力电池最为成功的顶级锂电企业有美国A123、加拿大的E-One Moli、日本的Sony和Sanyo等。其中除了A123是使用磷酸铁锂作为正极材料以外，其他企业所使用的正极材料均是以锰酸锂为主要成分。再从2008年国际动力锂离子电池商业生产份额来看，以锰酸锂为主体正极材料的锂离子动力电池占了整个市场的90%以上。由此可见，锰酸锂正极材料到目前为止是世界一流锂电行业制备锂离子动力电池的首要选择。
中国的锂电行业目前对锂离子动力电池可以实现初步商业量产化的企业大约有：日本TDK投资的ATL、深圳的比亚迪、天津的力神、常州的江苏锰克和苏州的星恒等。其中除了深圳的比亚迪声称拥有“铁电池”外，其他公司生产的锂离子动力电池均是使用锰酸锂为主体的正极材料。
如果上述情况仍然不能让大家明白的话，我们再提供一些实例做进一步的说明。这里我们以江苏锰克电池有限公司的锰系锂离子动力电池与国内河北某知名锂电公司以及深圳某锂电公司生产的磷酸铁锂锂离子动力电池做一些同等状态下的放电测试。测试过程和结果如下所示：
1．18650圆柱形样品测试前参数一览表：
电池样品来源 标称容量（mAh）测前重量（g）测前电压（V）测前内阻（m
Ω）
测试方
案
江苏锰克（A063）1500 41.234 4.161 20.0 倍率 江苏锰克（A063）1500 40.185 4.099 18.6 温度 江苏锰克（A014）1400 41.106 4.134 22.0 倍率 江苏锰克（A014）1400 40.510 4.103 22.5 温度 河北某锂电公司 1300 41.182 3.3484 18.2 倍率 河北某锂电公司 1300 40.798 3.438 17.8 温度 深圳某锂电公司 1100 40.752 3.341 16.9 倍率 深圳某锂电公司 1100 40.925 3.350 17.5 温度
2．18650圆柱形样品单体倍率放电测试程序：
测试环境温度： 23℃±2℃
