1.1  磷酸铁锂的基本概况

磷酸铁锂英文名：LITHIUM IRON PHOSPHATE CARBON COATED；简称LFP；

分子式：LiFePO4；

分子量：157.76；

CAS：15365-14-7；

磷酸铁锂（分子式LiFePO4，简称LFP），是锂离子电池的一种正极材料，其特点是原料价格低廉丰富，工作电压适中、电容量大、高放电功率、可快速充电且循环寿命长、稳定性高，自90年代被发现后，成为了引发了锂电池的新材料，是当前电池发展领域的前沿。

磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池。采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的电池被称为磷酸铁锂电池，由于磷酸铁锂电池的众多优点，被广泛使用于各个领域。

目前全球已经有很多厂家开始了工业化生产磷酸铁锂，国外加拿大Phostech Lithium公司、美国Valence（威能）公司和A123（高博），国内天津斯特兰，北大先行等。世界各国正竞相实现产业化生产。

目前，国内的磷酸铁锂产业投资热正在兴起，其势头超过了其他任何国家。

1.2  磷酸铁锂性能特点

锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为锂电池正极材料其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。

磷酸铁锂优势性能主要有：

1、比容量大，高效率输出，高能量密度。磷酸铁锂标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140 mAh/g（0.2C，25℃）；

2、结构稳定、安全性能好。磷酸铁锂是目前最安全的锂离子电池正极材料；不含任何对人体有害的重金属元素；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。

3、循环寿命长。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。在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上； (原因：磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是电子离子传到率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。解决方法：在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。) 

4、资源丰富、成本低廉。磷酸铁锂原材料来源广泛、价格便宜。

5、充电性能好。磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。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。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%。

6、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、完好。

磷酸铁锂性能缺点主要有：

1、导电性能差。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。

3、 振实密度低，影响电容量。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、磷酸铁锂电池的低温性能是令人担心的。尽管人们通过各种方法（例如锂位、铁位、甚至磷酸位的掺杂改善离子和电子导电性能，通过改善一次或二次颗粒的粒径及形貌控制有效反应面积、通过加入额外的导电剂增加电子导电性等）改善磷酸铁锂的低温性能，但是磷酸铁锂材料的固有特点，决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下，对于单只电芯（注意是单只而非电池组，对于电池组而言，实测的低温性能可能会略高，这与散热条件有关）而言，其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的。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，但还未真正满足需求。

表1.1  磷酸铁锂性能优缺点比较表