磷酸鐵鋰的應用領域主要有:
⑴ 儲能設備
太陽能、風力發電系統之儲能設備,不斷電系統UPS,配合太陽能電池使用作為儲能設備(比亞迪已經在生產此類電池);
⑵ 電動工具類
高功率電動工具(無線),電鉆、除草機等;
⑶ 輕型電動車輛
電動機車, 電動自行車, 休閑車, 高爾夫球車, 電動推高機, 清潔車,混合動力汽車(HEV),近期2-3年的目標;
⑷ 小型設備
醫療設備:電動輪椅車,電動代步車),玩具(遙控電動飛機,車,船);
⑸ 其它小型電器
礦燈, 植入性的醫療器械(磷酸鐵鋰無毒性,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用。
(6)移動電源
德國新能源公司Deboch經過長期研究,成功研發和量產了復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大,不適用于數碼產品領域的難題?,F在單節32650(直徑32mm,長度65mm)規格電池,容量突破6000mAh,通過兩節搭配,就能達到12000mAh。移動電源能量高達38.4Wh,足以給5.3Wh(1432mAh)的iPhone4S充電近6次,適合長途戶外旅行的用戶。
性能
其理論比容量為170 mAh/g,產品實際比容量可超過140 mAh/g(0.2C,25°C);
是目前最安全的鋰離子電池正極材料; 不含任何對人體有害的重金屬元素;
在100%DOD條件下,可以充放電2000次以上;(原因:磷酸鐵鋰晶格穩定性好,鋰離子的嵌入和脫出對晶格的影響不大,故而具有良好的可逆性。存在的不足是電極離子傳導率差,不適宜大電流的充放電,在應用方面受阻。解決方法:在電極表面包覆導電材料、摻雜進行電極改性。)
磷酸鐵鋰電池的使用壽命與其使用溫度息息相關,使用溫度過低或者過高在其充放電過程及使用過程均產生極大不良隱患。尤其在中國北方電動汽車上使用,在秋冬季磷酸鐵鋰電池無法正常供電或供電電源過低,需調節其工作環境溫度保持其性能。目前,國內解決磷酸鐵鋰電池恒溫工作環境需考慮空間限制問題,較普遍的解決方案是使用氣凝膠氈作為保溫層。
主要組成
迄今研究最多的正極材料是LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及以上三種材料的衍生物,如LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 等。
LiCoO2 是唯一大規模商品化的正極材料,目前90%以上的商品化鋰離子電池采用LiCoO2 作為正極材料。LiCoO2 的研究比較成熟,綜合性能優良,但價格昂貴,容量較低,存在一定的安全性問題。
LiNiO2 成本較低,容量較高,但制備困難,材料性能的一致性和重現性差,存在較為嚴重的安全問題。LiNi0.8Co0.2O2 可看成LiNiO2 和LiCoO2的固溶體,兼有LiNiO2 和LiCoO2 的優點,一度被人們認為是最有可能取代LiCoO2 的新型正極材料,但仍存在合成條件較為苛刻(需要氧氣氣氛)、安全性較差等缺點,綜合性能有待改進;同時由于含較多昂貴的Co,成本也較高。
尖晶石LiMn2O4 成本低,安全性好,但循環性能尤其是高溫循環性能差,在電解液中有一定的溶解性,儲存性能差。
新型的三元復合氧化物鎳鈷錳酸鋰(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)材料集中了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等材料的各自優點:成本與LiNi0.8Co0.2O2 相當,可逆容量大,結構穩定,安全性較好,介于LiNi0.8Co0.2O2 和LiMn2O4 之間,循環性能好,合成容易;但由于含較多昂貴的Co,成本也較高。對中大容量、中高功率的鋰離子電池來說,正極材料的成本、高溫性能、安全性十分重要。
上述LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及其衍生物正極材料尚不能滿足要求。因此,研究開發能用于中大容量、中高功率的鋰離子電池的新型正極材料成為當前的熱點。
正交橄欖石結構的LiFePO4 正極材料已逐漸成為國內外新的研究熱點。初步研究表明,該新型正極材料集中了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及其衍生物正極材料的各自優點:不含貴重元素,原料廉價,資源極大豐富;工作電壓適中(3.4V);平臺特性好,電壓極平穩(可與穩壓電源媲美);理論容量大(170mAh/g);結構穩定,安全性能極佳(O 與P 以強共價鍵牢固結合,使材料很難析氧分解);高溫性能和熱穩定性明顯優于已知的其它正極材料;循環性能好;充電時體積縮小,與碳負極材料配合時的體積效應好;與大多數電解液系統兼容性好,儲存性能好;無毒,為真正的綠色材料。
與LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及其衍生物正極材料相比,LiFePO4 正極材料在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優勢,可望成為中大容量、中高功率鋰離子電池首選的正極材料。
該材料的產業化和普及應用對降低鋰離子電池成本,提高電池安全性,擴大鋰離子電池產業,促進鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義,將使鋰離子電池在中大容量UPS、中大型儲能電池、電動工具、電動汽車中的應用成為現實。
產業技術
目前各國都把電池產業擺在國家發展戰略的重要位置,配套資金和各種政策面支持的力度很大,電動汽車用鋰離子動力電池已成為市場和研發的熱點。目前研究的主要正極材料包括錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)、鎳鈷錳(NCM)。
磷酸鐵鋰電池是一種推廣價值極高的新型鋰電池,是電池產業未來發展的核心產品之一。相比其他動力電池有無可比擬的優勢。目前磷酸鐵鋰產品正處于產業的萌芽階段,產品未來市場巨大,作為一個新興的、具有戰略投資價值的產業,值得產業資本或風險資本去關注和投資。