磷酸铁锂电池研究报告和市场调研

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1、2021/9/8隔膜：一种特殊的复合膜，它的功能是隔离正负极，阻止电子穿过，同时能够允许锂离子通过，从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。目前主要是聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）微孔膜。3.工作原理：当外部电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。当电池放电时，机理与充电是刚好是相反的，以LiFePO4为例，其化学反应方程式为：2021/9/8正极材料——磷酸铁锂磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP，也叫锂铁磷）电池是指用磷

2、酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，其工作原理和锂离子电池是一样的。LiFePO4正确的化学式为LiMPO4，（M可以是任何金属，如Fe，Co，Mn，Ti等）。其物理结构为橄榄石结构，从结构来看，可以用在锂离子电池的正极材料还有AyMPO4,Li1-xMFePO4,LiFePO4.MO等都可以做正极材料。其特色是不含贵重元素，原料价格低且磷，铁，锂在地球上的资源含量丰富，供料不会存在很大问题。除具有锂电池的共性特点外，还有一些特有的优点，比如其工作电压适中（3.2V），容量大(170mAh/g)，高放电功率，可快速充电且循环寿命长（高达2000次），在高温与高热环境下的稳定性高。

3、`2021/9/8磷酸铁锂工作原理图宏观图微观结构图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。2021/9/8磷酸铁锂的特点分析（一）:优点LiFePO4电池的标称电压是3.2V（稳定的放电平台）、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V;比容量大，高效率输出：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；3.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、

4、完好；4.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；5.极好的循环寿命，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。2021/9/8磷酸铁锂的特点分析（二）:优点6.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%。7.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,；8.低成

5、本；9.对环境无污染。2021/9/8LFP电池放电曲线以STL18650为例，在不同放电倍率和不同温度下放电曲线。高效率输出工作温度范围广2021/9/8磷酸铁锂的特点分析（三）:缺点导电性差：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酸锂相近的电导特性。2.锂离子扩散速度慢。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

6、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。2021/9/8磷酸铁锂的特点分析（四）:缺点3.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最大缺点。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。4.磷酸铁锂电池低温性能差。在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

7、。2021/9/8正极材料——磷酸铁锂与锰酸锂的电性能比较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、锰酸锂材料。下面我们对两种材料进行一下对比：2021/9/8通过以上比较，两种正极材料各自存在的优势和劣势，但磷酸铁锂的原物料来源更广泛，价格更低廉，最重要的一点是它无环境污染。并且它存在的一些缺点现在已经有厂家通过技术手段已经大部分改进了，并且已经能够很好地商业化运作了。2021