磷酸铁锂的发展与应用(转)

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1、锂铁电池成为2007年来在锂离子电池产业中被讨论最多的话题，原因为近两年多起震撼业界的锂电池安全与大规模锂电池回收事件以及全球暖化与石油价格暴涨突破100美元产生对电动车辆的发展产生的重大影响，强调高安全性的锂铁电池自然会成为注目的焦点。但由于锂铁磷电池至今仍面临能量密度为锂钴电池的60~70%，尚无法普遍运用在可携式3C产品，加上材料量产的技术相对于锂钴氧化物而言门坎较高，以及材料专利仍有争议等因素，使得日系大厂Sony、Matsushita和Sanyo等也采观望态度。然而，展望未来无论在材料供应以及专利争议因素逐渐明朗化后，各项锂铁磷

2、电池的运用实绩将会日益增加及普遍，锂铁磷电池的运用将会逐渐普及。锂离子电池产业的发展现况2007年全球充电式锂离子电池出货量达28亿颗较2006年成长了21%，相对于2002年的8.5亿颗成长将近2.5倍。其中13亿7千万颗是供给手机市场，7亿3千万颗是供给笔记型计算机市场。整体锂电池产业仍然成长快速。但近两年锂电池业界发生了多起大规模电池因有安全疑虑而召回的事件。虽然过去锂电池安全事件时有所闻，但是身为业界龙头的日本厂商接二连三也发生状况，确实也令人值得深思。2005年底，全球第一大计算机公司-戴尔(DELL)，连续传出笔记型计算机爆炸

3、意外，2006年8月，DELL与美国消费者产品安全委员会进行全球性电池召回通知。同年9月，Sony公司决定回收在全球生产的笔记型计算机用锂电池。2006年10月Sony宣称全球可能总共需要召回960万颗Sony制笔记型计算机电池，给Sony带来大约510亿日元的损失。2007年8月中旬，手机大厂Nokia芬兰总部宣布回收装载由日本松下所制造的4600万颗问题锂电池的手机电池，引起市场一阵哗然。除Nokia外，三洋(Sanyo)电机子公司亦在2006年12月于日本市场回收一百三十万颗手机用充电电池。在锂电池业界发生一连串因电池安全问题而召回

4、的事件下，强调高安全性及长使用寿命的锂铁磷电池便引起世人相当的注目。锂钴氧化物为目前最成熟的材料，电容量很高但发展已到极限，因此需要添加混合型镍钴氧化物或镍钴锰三元系氧化物来增加电容量，但此类材料由于在充放电过程中，若锂的过多迁出时，若金属元素的氧化数无法随之应变将会引起材料结构改变。温和的结构改变产生电池寿命衰退，剧烈的改变则是发生氧气的释放。锂铁磷氧化物中磷对氧原子的安定能力强，因此安全性极高，图一为不同正极材料的热分解温度及分解时的放热量。由图中可了解，锂铁磷氧化物的热分解所需温度高，但放热量极低。不过，电子的导电度是锂铁磷氧化物最

5、大的问题，但是经过表面镀碳制程及金属掺杂、奈米化等材料改质也可有效改善导电性至10-2S/cm，锂铁磷材料也才得以实用化。锂铁磷氧化物的理论克电容量为170mAh/g，但在未经改质处理前，实际克电容量不到90mAh/g。在经过导电性改善后，可大幅提升至120~140mAh/g。工作电压较低也是锂铁磷氧化物的特色，虽然能量密度变的更低了，不过在电压的串联上，4颗串联的工作电压为12.8V，更接近于铅酸电池的电压，有利于取代铅酸电池的运用。整体而言，锂铁磷电池不含钴等贵重元素，原料价格低且相对稳定。同时磷、锂、铁存在于地球的资源含量丰富，不会

6、有供料问题，其高放电功率、可快速充电且循环寿命长，是目前产业界认为符合环保、安全和高性能要求的锂离子电池。图一、锂铁磷氧化物与其它正极材料的DSC数据比较锂铁磷氧化物材料供应在锂铁磷氧化物材料供应方面，目前具备量产能力的粉体厂在国外部份以加拿大的Phostech、A123及Valence为代表，至于国内部份则有三家的材料供货商包括长园科技、立凯电能及尚志精密化学等，2008年2月5日长园科技宣布与台塑生医科技合资成立新公司生产锂铁磷氧化物。由于有上游材料的供应，因此国内在锂铁磷电池的发展上会比3C用的锂电池发展较为更有优势。在中国大陆方面

7、，材料厂商如雨后春笋般成立，包括北大先行、天津斯特兰、湖南瑞祥、青岛运干、山西力之源、横店东磁、比亚迪、山东海霸、余姚金和、宁波彬彬、广州鹏辉等10余家以上。锂铁磷电池供应由于锂铁磷电池的运用多为串并联使用，因此电池的质量相当重要，业者要能抢占市场，质量与性能将会是关键。目前具备电池量产能力的电池厂在国外部份以A123及Valence为代表，然而A123与Valence皆拥有锂铁磷材料工厂，并采取电池代工模式，以自有电池品牌的形式销售已以自家粉体所制成的电池。至于日本与韩国在锂铁磷电池的发展上则较为谨慎，原则上包括Sony、Sanyo、S

8、DI及LGC皆在等待HQ与A123的专利争议判决。在2008年，日本Sanyo与韩国SDI皆有计划要量产18650的锂铁磷电池供给电动工具使用。至于国内则有二家的电池厂已开始量产锂铁磷电池，包