動力鋰電池哪個好？

目前最有希望應(yīng)用于動力型鋰離子電池的正極材料主要有錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)和鎳鉆錳酸鋰(Li(Ni，Co，Mn)O2)三元材料。鎳鉆錳酸鋰三元材料由于鉆的資源缺乏與鎳、鉆成高和價格波動大等原因，普遍認為很難成為電動汽車用動力型鋰離子電池的主流，但可以與尖晶石錳酸鋰在一定范圍內(nèi)混合使用。

 那么久剩下錳酸鋰電池(LiMn2O4)和磷酸鐵鋰電池(LiFePO4)了，哪個做動力鋰電池更好呢? 

 下面從他們的優(yōu)缺點來對比一下：

 一、磷酸鋰鐵電池

磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點

 1、安全性能的改善

 磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。

 2、壽命的改善

 磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。 

長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力電池，循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電(5小時率)使用，可達到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就1~1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，理論壽命將達到7~8年。綜合考慮，性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動電流可達2C，而鉛酸電池?zé)o此性能。

 3、高溫性能好

 磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣(-20C--75C)，有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。 

 4、大容量

 電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。

 5、重量輕

 同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3，重量是鉛酸電池的1/3。

 6、環(huán)保

 磷酸鐵鋰電池一般被認為是不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬)，無毒(SGS認證通過)，無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池證。所以鋰電池之所以被業(yè)界看好，主要是環(huán)保考量，因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國家高科技發(fā)展計劃，成為國家重點支持和鼓勵發(fā)展的項目。隨著中國加入WTO，中國電動自行車的出口量將迅速增大，而進入歐美的電動自行車已要求配備無污染電池。

 但有專家表示，鉛酸電池造成的環(huán)境污染，主要發(fā)生在企業(yè)不規(guī)范的生產(chǎn)過程和回收處理環(huán)節(jié)。同理，鋰電池屬于新能源行業(yè)不錯，但它也不能避免重金屬污染的問題。金屬材料加工中有鉛、砷、鎘、汞、鉻等都有可能會釋放到灰塵和水中。電池本身就是一種化學(xué)物質(zhì)，所以有可能會產(chǎn)生兩種污染：一是生產(chǎn)工程中的工藝排泄物污染;二是報廢以后的電池污染。  

磷酸鐵鋰電池也有其缺點：例如低溫性能差，正極材料振實密度小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢。而用于動力電池時，磷酸鐵鋰電池和其他電池一樣，需要面對電池一致性問題。

 磷酸鐵鋰電池的缺點

 一種材料是否具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Γ岁P(guān)注其優(yōu)點外，更為關(guān)鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。

 國內(nèi)現(xiàn)在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料，從政府、科研機構(gòu)、企業(yè)甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料，將其作為動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：首先是受到美國研發(fā)方向的影響，美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國內(nèi)一直沒有制備出可供動力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲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)起來主要有以下幾點：  

1、在磷酸鐵鋰制備時的燒結(jié)過程中，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力型鋰離子電池正極材料的主要原因。

 2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，如振實密度與壓實密度很低，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有解決這一問題。美國阿貢國家實驗室儲能系統(tǒng)中心主任DonHillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時候，他用terrible來形容，他們對磷酸鐵鋰型鋰離子電池測試結(jié)果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下(0℃以下)無法使電動汽車行駛。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，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)備根本就無法啟動工作。

 3、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，但是也帶來了其它問題，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環(huán)境要求苛刻等問題。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，會使得最終單位儲能電量的成本較高。  

4、產(chǎn)品一致性差。目前國內(nèi)還沒有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決這一問題。從材料制備角度來說，磷酸鐵鋰的合成反應(yīng)是一個復(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)過程中，很難保證反應(yīng)的一致性。

 5、知識產(chǎn)權(quán)問題。目前磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專利被美國德州大學(xué)所有，而碳包覆專利被加拿大人所申請。這兩個基礎(chǔ)性專利是無法繞過去的，如果成本中計算上專利使用費的話，那產(chǎn)品成本將會進一步提高。  

二、錳酸鋰電池  

錳酸鋰的優(yōu)點是倍率性能好，制備比較容易，成本較低。缺點是由于錳的溶解導(dǎo)致高溫性能和循環(huán)性能不佳，通過摻雜鋁和燒結(jié)造粒，高溫性能和循環(huán)引得到了很大的提高，基本上能夠滿足實際使用。總的來說，錳酸鋰電池成本低穩(wěn)定性強低溫性強，高溫性能較差，衰減稍快。

 錳酸鋰有三種：

 1、層狀錳酸鋰LiMnO2，理論容量285mA·h/g，電壓平臺4V。層狀結(jié)構(gòu)難合成，不穩(wěn)定，極易生成Li2Mn2O4尖晶石結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致電壓平臺下降，穩(wěn)定性差，容量不可逆衰減等。

 2、高壓尖晶石錳酸鋰LiMn2O4，理論容量148mA·h/g，電壓平臺4.15。高溫性能差，55℃以上容量衰減嚴重。也易生成Li2Mn2O4尖晶石結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致電壓平臺下降，穩(wěn)定性差，容量不可逆衰減等。工業(yè)上錳酸鋰目前用的是這種。

 3、尖晶石錳酸鋰Li2Mn2O4，電壓低(3V)，容量低，循環(huán)差，都在研究如何避免這種東西產(chǎn)生。

 三元：為了解決層狀錳酸鋰的缺陷，通過摻雜金屬元素的方法，發(fā)明了Ni、Co(Al)取代錳的三元材料LiNiCoMnO2(LiNiCoAlO2)，兼顧了鎳酸鋰的高容量高電壓、錳酸鋰的高壓高安全性，鈷酸鋰的良好循環(huán)性，同時克服了錳酸鋰鎳酸鋰合成困難且不穩(wěn)定、鈷酸鋰成本高的缺點，成為了目前的主流正極材料。理論容量280mA·h/g，電壓2.7~4.2，現(xiàn)在實際做出來的容量在160mA·h/g左右。