磷酸鐵鋰電池缺點(diǎn)有哪些?
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,那么磷酸鐵鋰電池缺點(diǎn)有哪些呢?
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、導(dǎo)電性差:目前在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)在前驅(qū)體添加有機(jī)碳源和高價(jià)金屬離子聯(lián)合摻雜的辦法來(lái)改善材料的導(dǎo)電性(A123、煙臺(tái)卓能正采用這種方法),研究表明,磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率提高了7個(gè)數(shù)量級(jí),使磷酸鐵鋰具備了和鉆酸鋰相近的電導(dǎo)特性。
2.鋰離子擴(kuò)散速度慢。目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO晶粒,從而減少鋰離子在晶粒中的擴(kuò)散距離,再者就是摻雜改善鋰離子的擴(kuò)散通道,后一種方法看起來(lái)效果并不明顯。納米化已經(jīng)有較多的研究,但是難以應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中,目前只有A123宣稱掌握了LiFePO的納米化產(chǎn)業(yè)技術(shù)。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。
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