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中国的磷酸铁锂电池材料技术现状浅析
2016年05月31日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:2251
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恰逢电池行业盛会,深圳国际电池展刚刚闭幕,与上一届电池展磷酸铁锂显现明星风范相比,本届电池展可谓百花齐放,三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂等多种材料展现了百舸争流的景象。日本、美国等发达国家的二次电池行业有放弃磷酸铁锂的趋势,在中国具有技术优势的磷酸铁锂应用何去何从?笔者非电池行业的专家,给不出什么破局的好建议,在此给各位读者简要的介绍一下磷酸铁锂电池材料的优缺点及其改善措施,以期为民族优势电池材料添一份助力。

 

一、磷酸铁锂主要方向是动力电池,它有以下几大重点优势

1.超长寿命。磷酸铁锂动力电池,在100%DOD(循环深度)条件下,可以充放电2000次以上。(DOD即循环深度,100%DOD,即电池每次放出的容量为100%。按国标来说,100%是指电池实际容量的100%,并不是电池的标称容量)标准充电(5小时率)磷酸铁锂电池在常规条件下使用,可达到7-8年的寿命。

 

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2.使用安全,磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂等锂电池材料的安全隐患问题,钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁,而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。

3.磷酸铁锂电池可大电流快速充放电,热稳定性好。磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃。

4.磷酸铁锂电池无记忆效应,废旧电池无重金属污染,绿色环保。原材料来源广泛、价格便宜。


 

二、磷酸铁锂电池的主要不足之处

1.磷酸铁锂正极材料的振实密度较小,等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池。

2.磷酸铁锂导电性差、锂离子扩散速度慢。高倍率充放电时,实际比容量低。

3.磷酸铁锂电池低温性能差,电池组中的单体电池间存在一致性问题。

 

三、磷酸铁锂的性能改善方法简介

正是由于以上几点不足,导致磷酸铁锂迟迟没有得到广泛的应用。目前磷酸铁锂导电性差目前已经得到比较完美的解决。最流行的就是碳包覆技术,该技术大致可分为如下几个方案:

 

1.在磷酸铁锂中混入石墨、炭黑、乙炔黑,使得磷酸铁锂表面形成碳包覆层。

2.在磷酸铁锂中混入热解后能生成碳包覆层的物质,例如葡萄糖、蔗糖、聚丙烯等物质。

3.在磷酸铁锂烧结后的降温阶段喷洒甲醇,甲醇受热分解在表面形成碳膜。

 

除了包覆碳膜来改善导电性,业内还有其它的一些技术方法。例如利用银镜反应在磷酸铁锂表面镀银、在磷酸铁锂原料中混杂铜粉或银粉、用导电有机物包覆磷酸铁锂等等,这里就不详细举例了。

 

低的振实密度可以说是磷酸铁锂的很大缺点,这个不足决定了它在小型电池如手机电池等没有优势。但这一缺点在动力电池方面不会突出。因此,磷酸铁锂主攻动力电池领域,自然而然的避开了振实密度低的缺点。目前工艺条件下也还有通过改善磷酸铁锂粒度分布来提高振实密度的办法,但是该方法改善幅度始终是有限的。

 

磷酸铁锂电池低温性能差。是磷酸铁锂材料的固有特点。一般情况下,对于单只电芯在0℃时的容量保持率约6070%,-10℃时为4055%,-20℃时为2040%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。目前的改进技术办法是改进电解液体系、改善正极配方。改善电池组结构设计,使得电池组工作时能合理散热,停止工作时则有良好保温效果。

 

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,主要原因就是磷酸铁锂单体电池间的差异性。电池组是由大量单体电池串并而成,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。磷酸铁锂电池要做到一致性好,关键有以下几点:

1.严格控制原材料的质量稳定性;

2.使用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;

4.配料过程的控制,保证浆料的均匀一致性。

5.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。

 

(粉体圈 作者:可贞


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