動(dòng)力鋰電池哪個(gè)好？

目前最有希望應(yīng)用于動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料主要有錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)和鎳鉆錳酸鋰(Li(Ni，Co，Mn)O2)三元材料。鎳鉆錳酸鋰三元材料由于鉆的資源缺乏與鎳、鉆成高和價(jià)格波動(dòng)大等原因，普遍認(rèn)為很難成為電動(dòng)汽車用動(dòng)力型鋰離子電池的主流，但可以與尖晶石錳酸鋰在一定范圍內(nèi)混合使用。

 那么久剩下錳酸鋰電池(LiMn2O4)和磷酸鐵鋰電池(LiFePO4)了，哪個(gè)做動(dòng)力鋰電池更好呢? 

 下面從他們的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)對(duì)比一下：

 一、磷酸鋰鐵電池

磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)

 1、安全性能的改善

 磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過(guò)充時(shí)也不會(huì)像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。

 2、壽命的改善

 磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。 

長(zhǎng)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(dòng)力電池，循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電(5小時(shí)率)使用，可達(dá)到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護(hù)維護(hù)又半年”，最多也就1~1.5年時(shí)間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，理論壽命將達(dá)到7~8年。綜合考慮，性能價(jià)格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動(dòng)電流可達(dá)2C，而鉛酸電池?zé)o此性能。

 3、高溫性能好

 磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣(-20C--75C)，有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。 

 4、大容量

 電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會(huì)迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無(wú)須先放完再充電。

 5、重量輕

 同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3，重量是鉛酸電池的1/3。

 6、環(huán)保

 磷酸鐵鋰電池一般被認(rèn)為是不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬)，無(wú)毒(SGS認(rèn)證通過(guò))，無(wú)污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對(duì)的綠色環(huán)保電池證。所以鋰電池之所以被業(yè)界看好，主要是環(huán)?？剂?，因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國(guó)家高科技發(fā)展計(jì)劃，成為國(guó)家重點(diǎn)支持和鼓勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)目。隨著中國(guó)加入WTO，中國(guó)電動(dòng)自行車的出口量將迅速增大，而進(jìn)入歐美的電動(dòng)自行車已要求配備無(wú)污染電池。

 但有專家表示，鉛酸電池造成的環(huán)境污染，主要發(fā)生在企業(yè)不規(guī)范的生產(chǎn)過(guò)程和回收處理環(huán)節(jié)。同理，鋰電池屬于新能源行業(yè)不錯(cuò)，但它也不能避免重金屬污染的問(wèn)題。金屬材料加工中有鉛、砷、鎘、汞、鉻等都有可能會(huì)釋放到灰塵和水中。電池本身就是一種化學(xué)物質(zhì)，所以有可能會(huì)產(chǎn)生兩種污染：一是生產(chǎn)工程中的工藝排泄物污染;二是報(bào)廢以后的電池污染。  

磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn)：例如低溫性能差，正極材料振實(shí)密度小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢(shì)。而用于動(dòng)力電池時(shí)，磷酸鐵鋰電池和其他電池一樣，需要面對(duì)電池一致性問(wèn)題。

 磷酸鐵鋰電池的缺點(diǎn)

 一種材料是否具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?，除了關(guān)注其優(yōu)點(diǎn)外，更為關(guān)鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。

 國(guó)內(nèi)現(xiàn)在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料，從政府、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)甚至是證券公司等市場(chǎng)分析員都看好這一材料，將其作為動(dòng)力型鋰離子電池的發(fā)展方向。分析其原因，主要有下列兩點(diǎn)：首先是受到美國(guó)研發(fā)方向的影響，美國(guó)Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國(guó)內(nèi)一直沒(méi)有制備出可供動(dòng)力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲(chǔ)存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷，歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：  

1、在磷酸鐵鋰制備時(shí)的燒結(jié)過(guò)程中，氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會(huì)引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質(zhì)。這也是日本一直不將該材料作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料的主要原因。

 2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒(méi)有解決這一問(wèn)題。美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)能系統(tǒng)中心主任DonHillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時(shí)候，他用terrible來(lái)形容，他們對(duì)磷酸鐵鋰型鋰離子電池測(cè)試結(jié)果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下(0℃以下)無(wú)法使電動(dòng)汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯(cuò)，但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在這種狀況下，設(shè)備根本就無(wú)法啟動(dòng)工作。

 3、材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學(xué)性能，但是也帶來(lái)了其它問(wèn)題，如能量密度的降低、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對(duì)環(huán)境要求苛刻等問(wèn)題。盡管磷酸鐵鋰中的化學(xué)元素Li、Fe與P很豐富，成本也較低，但是制備出的磷酸鐵鋰產(chǎn)品成本并不低，即使去掉前期的研發(fā)成本，該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本，會(huì)使得最終單位儲(chǔ)能電量的成本較高。  

4、產(chǎn)品一致性差。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決這一問(wèn)題。從材料制備角度來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰的合成反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)，有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽，外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。在這一復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程中，很難保證反應(yīng)的一致性。

 5、知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。目前磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專利被美國(guó)德州大學(xué)所有，而碳包覆專利被加拿大人所申請(qǐng)。這兩個(gè)基礎(chǔ)性專利是無(wú)法繞過(guò)去的，如果成本中計(jì)算上專利使用費(fèi)的話，那產(chǎn)品成本將會(huì)進(jìn)一步提高。  

二、錳酸鋰電池  

錳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)是倍率性能好，制備比較容易，成本較低。缺點(diǎn)是由于錳的溶解導(dǎo)致高溫性能和循環(huán)性能不佳，通過(guò)摻雜鋁和燒結(jié)造粒，高溫性能和循環(huán)引得到了很大的提高，基本上能夠滿足實(shí)際使用?？偟膩?lái)說(shuō)，錳酸鋰電池成本低穩(wěn)定性強(qiáng)低溫性強(qiáng)，高溫性能較差，衰減稍快。

 錳酸鋰有三種：

 1、層狀錳酸鋰LiMnO2，理論容量285mA·h/g，電壓平臺(tái)4V。層狀結(jié)構(gòu)難合成，不穩(wěn)定，極易生成Li2Mn2O4尖晶石結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致電壓平臺(tái)下降，穩(wěn)定性差，容量不可逆衰減等。

 2、高壓尖晶石錳酸鋰LiMn2O4，理論容量148mA·h/g，電壓平臺(tái)4.15。高溫性能差，55℃以上容量衰減嚴(yán)重。也易生成Li2Mn2O4尖晶石結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致電壓平臺(tái)下降，穩(wěn)定性差，容量不可逆衰減等。工業(yè)上錳酸鋰目前用的是這種。

 3、尖晶石錳酸鋰Li2Mn2O4，電壓低(3V)，容量低，循環(huán)差，都在研究如何避免這種東西產(chǎn)生。

 三元：為了解決層狀錳酸鋰的缺陷，通過(guò)摻雜金屬元素的方法，發(fā)明了Ni、Co(Al)取代錳的三元材料LiNiCoMnO2(LiNiCoAlO2)，兼顧了鎳酸鋰的高容量高電壓、錳酸鋰的高壓高安全性，鈷酸鋰的良好循環(huán)性，同時(shí)克服了錳酸鋰鎳酸鋰合成困難且不穩(wěn)定、鈷酸鋰成本高的缺點(diǎn)，成為了目前的主流正極材料。理論容量280mA·h/g，電壓2.7~4.2，現(xiàn)在實(shí)際做出來(lái)的容量在160mA·h/g左右。