锂离子电池正极材料
    自从90年代NEC率先推出锂离子电池以来，锂离子电池行业迅猛发展，尤其是其正极材料的技术不断取得突破，已经从钴酸锂材料一枝独秀，发展成钴酸锂、锰酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂材料齐头并进的态势。这些材料根据其各自的特点，适用于不同的领域。
     钴酸锂材料作为**代商品化的锂离子电池正极材料，还有许多不可取代的优势：材料的加工性能很好，密度高，比容量相对较高（160mAh/g）。钴酸锂结构稳定，循环性能好，材料的电压平台较高且比较稳定，是目前*成熟的正极材料，广泛用于小型锂离子电池。但由于价格昂贵且**性能差，不适合用在动力电池领域。
     镍钴酸锂二元材料是一种高容量的正极材料，比容量比钴酸锂高出30%以上，而且和钴酸锂有相同的上下限电压，是替代钴酸锂的理想材料。但该材料的多孔结构导致活性较高、吸水性强、均浆困难、与电解液相容性差，**性能相对较差。
     镍钴锰三元材料也是一种高容量的正极材料（155～165mAh/g）。该材料不仅具有能量密度高的优势，而且循环性能优异，**性能相对较好，适宜用作小型动力源，例如便携式电动工具、移动电话、笔记本电脑、摄录机等领域。但该材料价格昂贵，不适宜大型动力电池上单独使用，将其与电压平台相近的锰酸锂混合使用是个不错的解决方案。
     锰酸锂材料是除钴酸锂外开发*早的正极材料，具有较高的电压平台、良好的**性能和低廉的价格。经过多年的研究，锰酸锂材料的性能得到较大的改善，改性后的锰酸锂具有良好的常温循环（300圈90％）和高温循环（55℃300圈80％）性能，是目前动力电池领域广泛使用的正极材料，但该材料克容量较低（100～110mAh/g），常与其他高容量正极材料混用。
     磷铁酸锂材料是*近几年快速发展起来的一种新的正极材料，其具有较高的克容量（130～140mAh/g）、稳定的充放电平台、优良的**性能、良好的耐高温性能和倍率放电性能、较好的低温性能以及超长的循环寿命，在动力电池和备用电源领域具有广阔的应用前景。磷铁酸锂的缺点是电压平台低（3.2V）、振实密度低（1.0～1.3g/cm3）,制成的电池比能量较低。另外磷酸铁锂的制备过程对工艺要求十分严格，不同批次产品质量容易出现较大差异，不过从正极材料的技术发展态势来看，此问题不久将得到解决。从资源储量、材料价格、电池**、电池寿命、性价比等多方面综合考虑，磷酸铁锂材料将是将来*有市场前景的动力电池正极材料。

聚合物磷酸铁锂动力电池的电化学性能
 
     万向电动汽车有限公司一直致力于聚合物锂离子动力电源的研发和应用工作，涉及电芯的生产、电池组的设计和制造以及动力电源的集成等，公司在新一代磷酸铁锂动力电池的开发方面取得了显著的成果，表2是公司采用磷酸铁锂材料制作聚合物磷酸铁锂电芯的部分测试数据。
能量型
     将12Ah能量型电池置于常温环境中进行0.5C充1C放循环，电压范围设定在3.9V～2.3V之间，经过1000次循环之后，电池的容量保持率为94%。图1为电池常温循环容量曲线，由图可见环境温度的变化会引起电池容量的波动。磷酸铁锂材料的高温性能非常出色，由图2可见，电池在60℃高温环境中0.5C充电1C放电，容量发挥有所上升，循环300周，容量保持率为88%。图3为电池低温放电曲线。
功率型
     图4为7Ah功率型磷酸铁锂电池的1C充10C放倍率循环曲线，由图可见1000次循环容量保持率仍有78.8%，电池放电时表面*高温度仅为37℃。图5、图6为电池在不同倍率下的充电曲线。由图5可见，电池的充电平台较为平缓，适合快充，6C倍率下7.5分钟可充进75%容量（恒流阶段）。表3则列出了倍率充放电详细数据。
 

24V/12Ah电池组
     将8个12Ah电池单体串联制作成2 4 V/1 2 Ah电池组（体积比能量为180Wh/L），并进行放电测试，见图7测试结果表明，电池组在同样电流下放出的容量比单体电池更高，经分析是由于电池组的层叠结构使得电池放电时的热量难以散发，温度有所上升使电池的容量发挥得到提高。聚合物磷酸铁锂电池具有优良的**性能。针刺实验（图8）不发热不冒烟不起火；挤压实验（图9）不冒烟不起火，断口处温度为45℃；在3C10V过充实验中（图10），电池发生严重涨气，但未冒烟。
锂离子动力电池市场现状和发展趋势
     由于能源紧缺和环境污染问题的日益严重，寻找替代石油的清洁能源已经成为世界各发达国家的研究热点，锂离子动力电池应运而起，其应用领域非常广阔，主要有：
（1）电力储能设备：太阳能、风能电力储能系统、不间断电源U PS、汽车启动电瓶；
（2）电动工具类：高功率电动工具（无线）、电钻、除草机等；
（3）电动车辆：纯电动车（E V）、混合动力汽车（H EV）、电动自行车、休闲车、　高尔夫球车、电动推高机、清洁车、电动叉车；
（4）小型设备：医疗设备：电动轮椅车，电动代步车、电动玩具、航模；
（5）其它小型电器：矿灯、植入性的医疗器械等。
     上述领域大部分被铅酸、镍镉电池所占有，其中铅酸蓄电池由于有强大的汽车工业的支撑，占有80%左右的市场份额，全球年销售额超过200亿美元。锂离子动力电池虽然在性能上优于其它种类的电池，但高昂的成本导致其性价比不具备明显的优势，因此在整个动力电池领域的市场占有率还非常小。目前锂离子动力电池主要应用于矿灯、电动工具、航模以及**电动自行车市场，纯电动汽车和混合动力汽车虽然是个巨大的潜在市场，但也同样由于电池成本居高不下导致商业化进程缓慢。而磷酸铁锂动力电池将很有可能改变这一格局。
     动力电池市场占有率*高的铅酸电池的能量密度为3 0～5 0 Wh/Kg，循环寿命一般在300～500次，能正常使用1～2年；而采用磷酸铁锂为正极材料的锂离子动力电池的能量密度为90～120Wh/Kg，循环寿命能达到2000次以上，可正常使用7～8年。依此综合考虑，磷酸铁锂电池的性价比完全超过铅酸电池。虽然磷酸铁锂与锂离子电池的应用时间远远短于钴酸锂和锰酸锂，尚停留在产品应用的初级阶段，但笔者相信在经历了一个逐步被市场接受的过程之后，磷酸铁锂动力电池必作为铅酸电池的有力竞争者，成为未来动力电池的主流。

    上一篇我们送上的文章是 磷酸锂铁引爆国际砖利大战 ， _!在下一篇继续做详细介绍，如需了解更多，请持续关注。
本文由日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-27 09:14:08 整理发布。
转载请注明出处.