鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：640次 | 2021年09月10日
動(dòng)力鋰離子電池正極材料路線(xiàn)日趨明朗
磷酸鐵鋰的熱潮源于我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)彎道超車(chē)的夢(mèng)想。2005年美國(guó)A123公司和Valence公司在我國(guó)設(shè)廠生產(chǎn)LiFePO4材料并以PACK方式生產(chǎn)動(dòng)力鋰離子電池，幾年后我國(guó)自主研發(fā)工藝的磷酸鐵鋰材料也達(dá)到了初步產(chǎn)業(yè)化水平，磷酸鐵鋰一經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，在單體電池循環(huán)性能上就表現(xiàn)出比普通錳酸鋰更優(yōu)越的性能，而同一時(shí)期的日本，電動(dòng)汽車(chē)仍以鎳氫為主，錳酸鋰離子電池似乎還沒(méi)有解決高溫問(wèn)題而普遍得到應(yīng)用，致使我國(guó)有人認(rèn)為在動(dòng)力鋰離子電池上具備了彎道超車(chē)的可能（趕超英美日是我們幾代人的夢(mèng)想），加上近幾年磷酸鐵鋰性能上確實(shí)也有了一些提高，基于磷酸鐵鋰的性能缺陷會(huì)終究解決的慣性思維，很多人把磷酸鐵鋰作為鋰離子動(dòng)力鋰離子電池最理想的正極材料，并當(dāng)作業(yè)內(nèi)的共識(shí)，對(duì)磷酸鐵鋰質(zhì)疑的聲音也被淹沒(méi)在這種所為共識(shí)的海洋里，神州大地掀起了一股投資磷酸鐵鋰的熱潮，其中有一部分人是在認(rèn)真的做產(chǎn)業(yè)化工作，而另有一部分人是炒作的成分更大一些，目的是利用磷酸鐵鋰熱的機(jī)會(huì)爭(zhēng)取國(guó)家的扶持資金和吸引資本的投資。
然而現(xiàn)實(shí)是殘酷的，在我國(guó)磷酸鐵鋰熱火朝天的幾年里，日本、韓國(guó)卻悄悄地把錳酸鋰離子電池成功的應(yīng)用到了電動(dòng)汽車(chē)上，并且正逐步取代鎳氫電池，成為主流動(dòng)力鋰離子電池；在磷酸鐵鋰的誕生地美國(guó)，通用電動(dòng)汽車(chē)Volt選擇了韓國(guó)LG北美子公司的錳系動(dòng)力鋰離子電池,磷酸鐵鋰的龍頭老大A123公司卻意外落選，近期又傳出美國(guó)第二大汽車(chē)公司福特汽車(chē)也在考慮選擇LG的錳系電池，也就是說(shuō)代表磷酸鐵鋰先進(jìn)水平的A123公司和Valence公司的磷酸鐵鋰離子電池雙雙被排斥在美國(guó)主流汽車(chē)廠商電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用之外。
在我國(guó)，曾有人認(rèn)為美國(guó)、我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池走磷酸鐵鋰路線(xiàn)，日、韓走錳酸鋰路線(xiàn)，兩條路線(xiàn)似乎勝負(fù)難料，現(xiàn)在美國(guó)人做出了選擇，路線(xiàn)業(yè)已明朗，我國(guó)的磷酸鐵鋰路線(xiàn)還能走多長(zhǎng)時(shí)間？
日本索尼開(kāi)始應(yīng)用磷酸鐵鋰，似乎這給國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰迷們注入一劑強(qiáng)心劑，然而翻出報(bào)道看一下，索尼磷酸鐵鋰離子電池是用在儲(chǔ)能電池上而不是電動(dòng)汽車(chē)電池（也許儲(chǔ)能電池才是磷酸鐵鋰真正的應(yīng)用方向，可以分一杯羹）。
世界主流汽車(chē)廠商的電動(dòng)汽車(chē)電池多數(shù)采用了錳系鋰離子電池，而不是磷酸鐵鋰離子電池。我國(guó)何去何從？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
實(shí)際上，國(guó)內(nèi)也有越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到磷酸鐵鋰的性能缺陷很難解決，重要集中在；磷酸鐵鋰產(chǎn)品一致性、低溫性能、高倍率放電性能上，還有能量密度、電池制作成本等問(wèn)題。
磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)的一致性很難解決，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決的好。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。電池生產(chǎn)制作要解決一致性也不容易（固然部分是因設(shè)備水平方面的原因），一致性問(wèn)題使得磷酸鐵鋰離子電池配組后的實(shí)際循環(huán)壽命離它的理論循環(huán)2000次相差甚遠(yuǎn)，國(guó)內(nèi)普遍在600次左右的水平（有人說(shuō)更低），能做到800-1000次循環(huán)的已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)了，這顯然達(dá)不到電動(dòng)汽車(chē)電池8-10年使用壽命的要求。
低溫性能差是磷酸鐵鋰很難應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的另一原因，即使將其納米化和碳包覆也沒(méi)有解決這一問(wèn)題。對(duì)磷酸鐵鋰型鋰離子電池測(cè)試結(jié)果表明磷酸鐵鋰離子電池在低溫下（0℃以下）即使有超級(jí)電容作為輔助啟動(dòng)電源，電動(dòng)汽車(chē)也很難正常行駛。盡管也有廠家宣稱(chēng)磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯(cuò)，但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。
磷酸鐵鋰的倍率性能也達(dá)不到電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)、爬坡等瞬間大電流放電的要求，倍率性能從材料生產(chǎn)上通過(guò)納米化和碳包覆可以得到改善，但仍很難達(dá)到電動(dòng)汽車(chē)瞬間高倍率放電的要求。
磷酸鐵鋰的能量密度也太低，盡管目前還沒(méi)有任何商業(yè)化的材料可以達(dá)到理想的能量密度，但日本的錳系電池可以達(dá)到100-120Wh/kg,而磷酸鐵鋰離子電池只有60Wh/kg左右。磷酸鐵鋰的能量密度很難有大的提高。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
磷酸鐵鋰材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低。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，F(xiàn)e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。有人說(shuō)的磷酸鐵鋰原材料來(lái)源豐富、成本可以大幅度降低純粹是臆測(cè)，另外的例子是硅砂到處都是，來(lái)源豐富，但單晶硅、多晶硅的制造成本卻居高不下。
從去年以來(lái)尤其是今年，業(yè)界傳出越來(lái)越多的磷酸鐵鋰不適用于電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池的信息：
去年底，日產(chǎn)汽車(chē)公司EV科技研發(fā)部工程總監(jiān)宮本丈司在接受《汽車(chē)商業(yè)評(píng)論》采訪(fǎng)時(shí)表示：產(chǎn)品一致性是電池生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，我們?cè)谏a(chǎn)環(huán)節(jié)方面的控制非常謹(jǐn)慎，這又回到日產(chǎn)為何選擇錳酸鋰離子電池，而非在我國(guó)呈主流的磷酸鐵鋰離子電池話(huà)題上，我們是從材料品質(zhì)的穩(wěn)定性來(lái)考慮的。我們認(rèn)為，至少在現(xiàn)階段，磷酸鐵鋰離子電池材料本身的安定性還沒(méi)辦法解決。
問(wèn)：是不是可以說(shuō)業(yè)界認(rèn)為錳酸鋰是目前最好的正極材料？宮本丈司：從結(jié)果上來(lái)看，業(yè)界可以這樣理解。
2010年一月九日，由北京大學(xué)光華管理學(xué)院主辦，北京大學(xué)MBA聯(lián)合會(huì)承辦的第十一屆光華新年論壇上，工信部副部長(zhǎng)苗圩表示：理論上算磷酸鐵鋰已經(jīng)走到了盡頭，再想加大密度幾乎不可能。那就要期待有一種更好的電池來(lái)取代。
《日信證券》五月份通過(guò)對(duì)全球鋰電行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局、未來(lái)鋰電發(fā)展的潮流及趨勢(shì)、汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池市場(chǎng)的啟動(dòng)時(shí)間三個(gè)方面深入分析，認(rèn)為大型動(dòng)力鋰電方面，整車(chē)廠商絕大多數(shù)采用三元材料+錳酸鋰技術(shù)路線(xiàn)，三元材料和錳酸鋰將最先受益于大型動(dòng)力鋰電行業(yè)的飛速發(fā)展。截至2010年，國(guó)外巨頭已進(jìn)入4家整車(chē)公司供應(yīng)體系
我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)不僅面對(duì)自身的產(chǎn)量過(guò)剩困擾，同時(shí)也面對(duì)國(guó)外動(dòng)力鋰離子電池巨頭的激烈競(jìng)爭(zhēng)。截止2010年，國(guó)外鋰電巨頭通過(guò)合資建廠或簽訂供應(yīng)協(xié)議的方式，陸續(xù)進(jìn)入我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池的供應(yīng)體系。
其中，美國(guó)A123Systems以合資建廠方式進(jìn)入上汽的供應(yīng)體系。2009年十二月，上海汽車(chē)和美國(guó)A123Systems合資建立上海捷新動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)有限公司，共同開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售車(chē)用動(dòng)力鋰離子電池。
韓國(guó)SK能源、韓國(guó)LG化學(xué)、丹麥Lynx則以供應(yīng)協(xié)議的方式于2010年先后進(jìn)入我國(guó)整車(chē)廠的供應(yīng)體系。
2010年年初，北汽和韓國(guó)電動(dòng)汽車(chē)制造公司CT&T、鋰離子電池生產(chǎn)公司SK能源簽訂合作協(xié)議，擬在北京生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)，其動(dòng)力鋰離子電池由SK能源負(fù)責(zé)供應(yīng)。
2010年二月，長(zhǎng)安汽車(chē)和LG化學(xué)簽訂動(dòng)力鋰離子電池供應(yīng)協(xié)議，LG化學(xué)將從2010年下半年開(kāi)始為長(zhǎng)安混合動(dòng)力車(chē)供應(yīng)電池，隨后逐步擴(kuò)大到長(zhǎng)安純電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。
2010年四月，吉利旗下沃爾沃和LG化學(xué)簽訂鋰離子電池長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議。此外，丹麥Lynx與吉利達(dá)成協(xié)議，吉利首批投入歐洲市場(chǎng)的電動(dòng)汽車(chē)Nanoq在小批量生產(chǎn)階段，由丹麥Lynx供應(yīng)鋰離子電池。
其中只有上汽與A123合作開(kāi)發(fā)磷酸鐵鋰離子電池，而另有消息說(shuō)A123公司正準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)錳酸鋰材料，以便能快速占領(lǐng)動(dòng)力鋰離子電池材料領(lǐng)域份額。另外三家有影響力的整車(chē)廠商都選擇采購(gòu)韓國(guó)LG化學(xué)或SK能源的鋰離子電池，大家都了解LG化學(xué)和SK能源的鋰動(dòng)力鋰離子電池均采用了錳系材料。暫未知丹麥Lynx選用何種材料體系。
美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間五月二十七日，萬(wàn)向集團(tuán)宣布其全資子公司萬(wàn)向電動(dòng)汽車(chē)與美國(guó)EnerDel公司就電池及電池系統(tǒng)合資合作簽署了框架協(xié)議，將在杭州建立全自動(dòng)化的電芯及電池系統(tǒng)生產(chǎn)基地。（據(jù)查EnerDel公司動(dòng)力鋰離子電池是錳系材料為主，預(yù)示萬(wàn)向動(dòng)力鋰離子電池正極材料路線(xiàn)正悄悄轉(zhuǎn)向，似乎要重新回到錳系材料路線(xiàn)。）
美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬于七月十五日出席LG化學(xué)在美國(guó)密歇根州興建的二次電池生產(chǎn)廠的動(dòng)工儀式，業(yè)內(nèi)有關(guān)人士分析稱(chēng)，奧巴馬決定參加LG化學(xué)的廠動(dòng)工儀式意味著LG化學(xué)的電力汽車(chē)用二次電池在美國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)具有特殊意義。奧巴馬曾于2009年二月在參眾兩院聯(lián)席會(huì)議上發(fā)表演講稱(chēng)：新型混合動(dòng)力汽車(chē)都將使用韓國(guó)產(chǎn)電池。當(dāng)時(shí)的這番言論針對(duì)的就是和通用汽車(chē)(GM)共同開(kāi)發(fā)電力汽車(chē)的LG化學(xué)。通用汽車(chē)去年雄心勃勃地推出了混合動(dòng)力汽車(chē)Volt，這款汽車(chē)使用的鋰離子電池的供應(yīng)商就是LG化學(xué)。據(jù)悉，美國(guó)第二大汽車(chē)公司福特也在考慮選擇LG化學(xué)作為電力汽車(chē)用二次電池的供應(yīng)商。
2010年第七屆長(zhǎng)春車(chē)展于七月十四日開(kāi)幕。車(chē)展期間，我國(guó)一汽集團(tuán)副總工程師技術(shù)中心主任李俊在接受騰訊汽車(chē)專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)表示：我們掌握磷酸鐵鋰這個(gè)技術(shù)應(yīng)該充分在前期發(fā)揮長(zhǎng)處，但是我們應(yīng)該充分看到，這個(gè)不是追求，不是未來(lái)。磷酸鐵鋰絕對(duì)不是。
六月份在深圳舉辦的第九屆我國(guó)國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)（CIBF2010）上,美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室K.Amine博士有有關(guān)提高汽車(chē)用鋰離子電池的安全和性能的報(bào)告中指出，在C-LiFePO4體系中，由于微量Fe2O3的存在使其在循環(huán)過(guò)程中會(huì)發(fā)生鐵的溶解以及在碳負(fù)極上的析出，導(dǎo)致其高溫循環(huán)性能惡化。
(我們認(rèn)為，還原性氣氛的控制是影響磷酸鐵鋰性能的一個(gè)重要因素。在鐵的氧化物中，二價(jià)鐵離子是不穩(wěn)定的，三價(jià)鐵離子是穩(wěn)定的。弱還原性氣氛會(huì)使得三價(jià)鐵離子的存在，這會(huì)顯著惡化磷酸鐵鋰的性能。而強(qiáng)的還原性氣氛則會(huì)將鐵離子還原成單質(zhì)鐵，而單質(zhì)鐵是電池中最忌諱的元素，也會(huì)發(fā)生溶解引起電池微短路或者自放電。從熱力學(xué)上來(lái)說(shuō)，在還原性氣氛中，微量鐵的出現(xiàn)幾乎是不可防止的。這也是磷酸鐵鋰在生產(chǎn)中一致性差的一個(gè)重要原因。)而在東北技術(shù)公司Pei-YuHsu博士作的從鋰離子電池?cái)R置壽命到我國(guó)鎳氫動(dòng)力鋰離子電池的未來(lái)報(bào)告中提到，由于LiFePO4非常差的高溫?cái)R置壽命問(wèn)題，美國(guó)能源部已將磷酸鐵鋰從其支持計(jì)劃中刪除。
(我們認(rèn)為，磷酸鐵鋰存儲(chǔ)性能差的一個(gè)重要原因是其高的比表面積以及納米化的顆粒與存在微量鐵的溶解。為了提高磷酸鐵鋰的電化學(xué)性能，特別是倍率性能，必須將其顆?？刂圃诤苄〉某叽绶秶鷥?nèi)，即幾十個(gè)到幾百個(gè)納米的尺度。而納米顆粒的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是穩(wěn)定性差，包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和表面穩(wěn)定性。穩(wěn)定性差的納米顆粒在電解液中，特別是高溫下（>45℃）會(huì)使得性能迅速惡化，無(wú)法滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)輛對(duì)其長(zhǎng)壽命的要求。)
另有一動(dòng)力鋰離子電池正極材料評(píng)述指出：從目前情況來(lái)看，LiFePO4并不是主流的動(dòng)力鋰離子電池正極材料，動(dòng)力型鋰離子電池要求能夠高倍率充放電；動(dòng)力鋰離子電池的另一個(gè)要求是低溫性能。從材料本身看來(lái)，LiFeP04目前還很難兼顧低溫性能和輕便小巧的要求。從材料特性上看，LiFePO4的能量密度比較低，導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的電池體積較大；LiFePO4的電子電導(dǎo)率低，必須加入碳黑或進(jìn)行改性才能夠提高其電導(dǎo)率，但這樣又會(huì)導(dǎo)致體積變大，新增電解液；LiFeP04在低溫下電子電導(dǎo)率更低，其低溫性能是其應(yīng)用于動(dòng)力鋰離子電池的另一障礙。從技術(shù)成熟度上看，由于LiFeP04在鋰離子電池的應(yīng)用時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于LiCo02和LiMn204，還停留在產(chǎn)品應(yīng)用的初級(jí)階段，目前不可能成為動(dòng)力型鋰離子電池的主流正極材料。伊廷鋒，岳彩波，朱彥榮，諸榮孫，胡信國(guó)《動(dòng)力鋰離子電池正極材料的研究評(píng)述》
在認(rèn)識(shí)到磷酸鐵鋰并非理想的動(dòng)力鋰離子電池正極材料后，人們開(kāi)始關(guān)注新一代固溶體類(lèi)正極材料Li2MnO3-LiMO2（也許是新一代正極材料有可能在十年之內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，才打破了有些人對(duì)磷酸鐵鋰的夢(mèng)想），按日本NEDO電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池發(fā)展規(guī)劃，到2020年功率型鋰離子電池能量密度達(dá)到200Wh/kg,能量型能量密度達(dá)到250Wh/kg，但2020年新一代固溶體類(lèi)材料能否完全成熟，誰(shuí)也不能完全肯定，只能說(shuō)可能性非常大。而有一點(diǎn)是肯定的，就是錳系正極材料仍是目前最成熟最可靠的鋰離子動(dòng)力鋰離子電池材料（要指出的是，只有高端錳系材料才能勝任）。有關(guān)磷酸鐵鋰材料，也許還沒(méi)等制約它應(yīng)用的缺陷得到根本解決（也許根本就解決不了），新一代性能更加優(yōu)異的材料卻開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用化，磷酸鐵鋰離子電池面對(duì)著如同鎳氫電池相同的尷尬。
另外，在認(rèn)識(shí)到磷酸鐵鋰不可能成為動(dòng)力型鋰離子電池的主流正極材料后，也有人走向另一端，重拾燃料動(dòng)力鋰電池最有希望的論調(diào)，而不提現(xiàn)實(shí)的選擇。然而地球人都了解，燃料動(dòng)力鋰電池的民用化還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走，也許幾十年后才能達(dá)到真正的實(shí)用化，盡管燃料動(dòng)力鋰電池被普遍認(rèn)為是未來(lái)可認(rèn)知范圍內(nèi)的最終希望。
當(dāng)時(shí)提出彎道超車(chē)并沒(méi)有錯(cuò)，畢竟在一批有遠(yuǎn)見(jiàn)的院士、學(xué)者的積極奔走、呼吁下，和國(guó)家有關(guān)部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)人的支持下，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)正式納入了國(guó)家戰(zhàn)略，使我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展與發(fā)達(dá)國(guó)家在同一條起跑線(xiàn)上起步，磷酸鐵鋰的最大歷史貢獻(xiàn)可能在于，它極大地激發(fā)了我國(guó)研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的熱情和積極性，為我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。然而技術(shù)的發(fā)展畢竟要求真務(wù)實(shí)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了國(guó)際領(lǐng)先的綜合性能指標(biāo)超過(guò)磷酸鐵鋰的錳系正極材料，適合于錳系材料的電解液、負(fù)極體系也在逐步完善。發(fā)現(xiàn)了技術(shù)路線(xiàn)有所偏差，就應(yīng)積極的調(diào)整發(fā)展思路。我們有理由擔(dān)心，假如我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池生產(chǎn)廠家和汽車(chē)廠商繼續(xù)陷在磷酸鐵鋰的迷霧里不能自拔，不能實(shí)事求是的及時(shí)調(diào)整路線(xiàn)，國(guó)人努力掌握電動(dòng)汽車(chē)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，擺脫國(guó)外核心技術(shù)控制的彎道超車(chē)夢(mèng)想不久就會(huì)破滅，就仍然擺脫不了電動(dòng)汽車(chē)電池核心技術(shù)掌控在外國(guó)人手里的宿命。國(guó)外鋰電巨頭通過(guò)合資建廠或簽訂供應(yīng)協(xié)議的方式，陸續(xù)進(jìn)入我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池的供應(yīng)體系，已經(jīng)敲響了警鐘。
