磷酸铁锂电池的缺点

一种材料是否具有应用开发潜力，不仅取决于它的优点，还取决于它的根本缺陷。目前，我国普遍选择磷酸亚铁锂作为动力锂离子电池的正极材料。政府、科研机构、企业甚至证券公司等市场分析人士都看好这种材料，并将其视为动力锂离子电池的发展方向。原因主要有两点:一是受美国研发方向的影响，美国Valence和A123公司率先采用磷酸亚铁锂作为锂离子电池的正极材料。其次，国内还没有制备出高温循环和储存性能良好的动力锂离子电池用锰酸锂材料。但是磷酸亚铁锂也有一些不容忽视的根本性缺陷，可以总结为:1。在制备磷酸亚铁锂的烧结过程中，氧化铁在高温还原气氛中会被还原成单质铁。元素铁会造成电池微短路，是电池中最忌讳的物质。这也是日本一直没有将这种材料作为动力锂离子电池正极材料的主要原因。2.磷酸亚铁锂存在一些性能缺陷，如振实密度和压实密度低，导致锂离子电池能量密度低。低温性能差，即使纳米化，碳包覆，这个问题也没有解决。美国阿贡国家实验室储能系统中心主任Don Hillebrand博士形容磷酸铁锂电池的低温性能糟糕透顶。他们对磷酸亚铁锂锂离子电池的测试结果显示，磷酸铁锂电池无法在低温(0℃以下)下驱动电动车。虽然有厂家宣称磷酸铁锂电池低温下容量保持率好，但这是在放电电流小，放电截止电压低的情况下。在这种情况下，设备根本无法开始工作。3.该材料的制备成本高于电池，电池成品率低，一致性差。纳米磷酸亚铁锂和碳包覆虽然提高了材料的电化学性能，但也带来了其他问题，如能量密度降低、合成成本增加、电极加工性能差、环境要求苛刻等。虽然磷酸亚铁锂中的化学元素Li、Fe、P含量丰富，价格低廉，但制得的磷酸亚铁锂产品成本并不低。即使除去之前的研发成本，材料的工艺成本加上更高的制备电池的成本，也会使得最终的单位储能成本更高。4.产品一致性差。目前国内还没有磷酸亚铁锂材料厂能解决这个问题。从材料制备的角度来看，磷酸亚铁锂的合成是一个复杂的多相反应，包括固体磷酸盐、氧化铁和锂盐、碳前驱体和还原气相。在这个复杂的反应过程中，很难保证反应的一致性。

5.知识产权。磷酸亚铁锂最早的专利申请是在1993年6月25日由F X Mittermayer & amp；SOEHNE OHG (DE)，并于同年8月19日公布申请结果。磷酸亚铁锂的基本专利是德克萨斯大学的，而碳包覆专利是加拿大人申请的。这两个基础专利是绕不过去的。如果将版税计入成本，产品成本将进一步增加。

此外，从R&D和生产锂离子电池的经验来看，日本是最早将锂离子电池商业化的国家，并一直占据高端锂离子电池市场。虽然美国在一些基础研究上领先，但至今没有大规模的锂离子电池生产企业。因此，日本选择改性锰酸锂作为动力锂离子电池正极材料更为合理。即使在美国，磷酸亚铁锂和锰酸锂同样作为动力锂离子电池的正极材料，联邦政府也支持这两种体系的研发。鉴于磷酸亚铁锂存在上述问题，很难在新能源汽车等领域广泛用作动力锂离子电池的正极材料。如果锰酸锂高温循环和储存性能差的问题能够得到解决，凭借其低成本和高倍率性能的优势，将在动力锂离子电池的应用中具有巨大的潜力。