鋰離子電池常用的正極材料有錳酸鋰,鈷酸鋰,磷酸鐵鋰以及三元材料等,常用的負(fù)極材料包括碳材料及硅基材料等。
在鋰離子電池材料中,負(fù)極材料屬于重要的組成部分,能夠?qū)φw電池的性能產(chǎn)生較大影響。目前,負(fù)極材料主要被劃分為兩個(gè)類別,一種為商業(yè)化應(yīng)用的碳材料,例如天然石墨、軟碳等,另一類為正處于研發(fā)狀態(tài),但是市場(chǎng)前景一片大好的非碳負(fù)極材料,例如硅基材料、合金材料、錫金材料等等。
磷酸鐵鋰(LFP):能量密度低,安全性突出
磷酸鐵鋰是目前廣受關(guān)注的正極材料之一,理論比容量為170mAh/g,實(shí)際比容量可達(dá)150mAh/g以上。其主要特點(diǎn)是成本低廉,安全性非常好,循環(huán)壽命高,這些特點(diǎn)使得磷酸鐵鋰材料迅速成為研究熱點(diǎn),磷酸鐵鋰電池也在電動(dòng)汽車領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。
磷酸鐵鋰的缺點(diǎn)也較為明顯,即能量密度低。原因有兩點(diǎn):
一是磷酸鐵鋰材料的電壓僅有3.3V左右,低于其他正極材料,這使得磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)存能量較低;二是磷酸鐵鋰導(dǎo)電性較差,需要納米化并進(jìn)行包覆才能獲得良好的電化學(xué)性能,這使得材料變得蓬松,壓實(shí)密度較低。兩者綜合作用,使得磷酸鐵鋰電池的能量密度低于鈷酸鋰和三元電池。因此磷酸鐵鋰電池主要應(yīng)用于電動(dòng)大巴車及少量乘用車中。
磷酸鐵是否近期將被淘汰?近期新能源汽車安全事故頻發(fā),被認(rèn)為將很快被三元材料取代的磷酸鐵鋰再次進(jìn)入人們的視野,人們希望通過(guò)對(duì)磷酸鐵鋰進(jìn)行改性提高其容量。目前已有學(xué)者通過(guò)在磷酸鐵鋰中摻入Mn元素使其擁有更高的電壓和更高的能量密度,也有相關(guān)研究通過(guò)復(fù)合技術(shù)將磷酸鐵鋰與NCM三元材料進(jìn)行混合,在保持三元素電池較高能量密度的同時(shí)可以有效提升其安全性能。
磷酸鐵鋰的應(yīng)用領(lǐng)域主要有:
⑴ 儲(chǔ)能設(shè)備
太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)之儲(chǔ)能設(shè)備,不斷電系統(tǒng)UPS,配合太陽(yáng)能電池使用作為儲(chǔ)能設(shè)備(比亞迪已經(jīng)在生產(chǎn)此類電池);
⑵ 電動(dòng)工具類
高功率電動(dòng)工具(無(wú)線),電鉆、除草機(jī)等;
⑶ 輕型電動(dòng)車輛
電動(dòng)機(jī)車,?電動(dòng)自行車,?休閑車,?高爾夫球車,?電動(dòng)推高機(jī),?清潔車,混合動(dòng)力汽車(HEV),近期2-3年的目標(biāo);
⑷ 小型設(shè)備
醫(yī)療設(shè)備:電動(dòng)輪椅車,電動(dòng)代步車),玩具(遙控電動(dòng)飛機(jī),車,船);
⑸ 其它小型電器
礦燈,植入性的醫(yī)療器械(磷酸鐵鋰無(wú)毒性,鋰電池僅鐵鋰可滿足要求),替代鉛酸,鎳氫,鎳鎘,鋰鈷,鋰錳類電池在小型電器上的應(yīng)用。
(6)移動(dòng)電源
德國(guó)新能源公司Deboch經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究,成功研發(fā)和量產(chǎn)了復(fù)合納米材料的磷酸鐵鋰電池,提高了單位容量比,克服了磷酸鐵鋰單位體積過(guò)大,不適用于數(shù)碼產(chǎn)品領(lǐng)域的難題?,F(xiàn)在單節(jié)32650(直徑32mm,長(zhǎng)度65mm)規(guī)格電池,容量突破6000mAh,通過(guò)兩節(jié)搭配,就能達(dá)到12000mAh。移動(dòng)電源能量高達(dá)38.4Wh,足以給5.3Wh(1432mAh)的iPhone4S充電近6次,適合長(zhǎng)途戶外旅行的用戶。