1、锂离子动力电池正极材料现状电动汽车用锂离子动力电池已成为市场和研发的热点。目前研究的主要正极材料包括锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP） 、镍钴锰（NCM） 体系指标LCO（钴酸锂）LMO(锰酸锂）NCM（三元系）NCA（二元系）LFP（磷酸铁锂）比能容(mAh/g)135140100120130140160180130150倍率特性中优中中优低温性能优优优优差高温性能优差优优优循环特性（次）50030050050020000安全性差好较好差优成本高低较高高低磷酸铁锂材料产业化现状技术现状目前国内磷酸铁锂正极材料批量生产技术还存在突出的工艺稳定性问题。突出表现在： 一些大的锂离子电池制造商从磷
2、酸铁锂材料平均粒径、电极加工性、电极压实密度、实际比容量、循环寿命、倍率放电、温度特性、安全性等方面对国内几个磷酸铁锂材料供应商和Valence等国外供应商所提供的材料进行了非常系统的试验评价，客观的试验数据表明：国内磷酸铁锂批产产品与Valence等国外供应商产品比较仍有较大差距； 一些锂离子电池制造商还反映一个现象：同一供应商提供的产品质量批次一致性差异较大、重复性很差；磷酸铁锂材料存在的主要问题生产工艺选择制备方法优点缺点普高温固相法工艺简单，易实现工业化、制备条件容易控制。分解产物易于除去，减少了杂质的生成。晶体尺寸较大，产品倍率特性较差。碳热还原法避免了反应过程中Fe2+可能氧化为F
3、e3+，使合成过程更为合理。反应时间仍相对过长，产物一致性要求的控制条件更为苛刻。水热合成法容易控制晶型和粒径，物相均一，粉体粒径小，过程简单。需要高温高压设备，设备造价高造价高，工艺复杂。液相共沉淀法溶解过程中原料间可均匀分散，前驱体可实现低温合成。反应后需沉淀、过滤、洗涤等；工艺较长。微波法该方法设备简单、加热温度均匀、易于控制、所需时间短。工业化生产的困难较大。凝胶-溶胶法化学均匀性好、热处理温度低、粒径小且分布窄、反应过长易于控制、设备简单。干燥收缩大、工业化难度较大、合成周期较长、制备的过程较复杂。磷酸铁锂材料存在的主要问题国内产品质量问题1)产品振实密度低。Valence公司磷酸铁
4、锂材料的振实密度为1.5g/cm3，而国内的磷酸铁锂正极材料供应商提供的数据为1.2g/cm3，国内批产产品的水平通常在1.0g/cm3-1.2g/cm3。假设1只18650电池中磷酸铁锂正极设计体积为7cm3，采用1.5g/cm3振实密度的材料可装入10.5克；而采用1.2g/cm3振实密度的材料仅装入8.4克，两者差了约25%。2)产品比容量低。国内科研和中试阶段磷酸铁锂材料做得好的达到150mAh/g-155mAh/g，而批产产品通常在120mAh/g-140mAh/g范围，而Valence公司磷酸铁锂材料稳定在140 mAh/g。若120mAh/g与140mAh/g两种质量水平材料比较
5、，2只18650电池分别各装入12g两种材料，则2只电池的理论放电容量分别为1440 mAh和1680mAh，相差200 mAh的容量。3） 批次之间产品质量一致性差。国内锂离子电池制造商采购国产磷酸铁锂正极材料的采购标准非常实际，如果某个磷酸铁锂供应商提供的产品振实密度控制在1.2g/cm3、比容量稳定在130mAh/g-140mAh/g、其他性能符合要求，基本就满足了锂离子电池制造商的采购要求。关键是磷酸铁锂供应商提供的产品批次之间质量一致性不好、误差大，无疑给电池制造商带来了很多麻烦。4) 由材料制备的电极压实密度低。电池制造商在评价国内外磷酸铁锂材料试验表明：国外Valence等两个公
6、司提供的磷酸铁锂材料制备电极的压实密度在2.2g/cm3-2.3g/cm3，国内供应商提供的磷酸铁锂材料制备电极的压实密度在2.0g/cm3-2.3g/cm3（数据分布很散）。试想：如果压实密度为2.0g/cm3与2.2g/cm3两种电极比较，假设电池正极体积设计为10 cm3，则两者之间差了2g，若材料比容量为120mAh/g、130mAh/g、140mAh/g和150mAh/g，两种压实密度电极制备的电池理论容量相差分别为240mAh 、260mAh、280mAh和300mAh。磷酸铁锂材料存在的主要问题国内产品质量问题5) 反映在电极制备和电池性能上存在电极加工性差，电池充放电循环寿命及
7、容量保持率低，倍率放电能力弱。磷酸铁锂正极材料质量优劣最终还是使用者评价最有说服力，电极加工性如何？由此正极材料制造的电池充放电循环寿命如何？电池倍率放电能力如何？是衡量磷酸铁锂正极材料综合性能的主要标准。Valence磷酸铁锂材料制造的18650锂离子电池容量达1600mAh、电池充放电循环2000次容量仍保持额定容量的90%、20C-30C放电容量仍能保持额定容量的90%以上，而国内磷酸铁锂正极材料供应商提供的产品与其相比差距较大，如国内某厂家提供的磷酸铁锂倍率放电特性为：145mAh /g(0.2C)、135mAh/g(1C)、125mAh/g(2C)、97mAh/g(5C)、68mAh
8、/g(20C) 。此外，国产磷酸铁锂正极材料电极加工性与Valence公司产品比较也有差距。磷酸铁锂材料存在的主要问题国内产品质量问题磷酸铁锂材料研究方向讨论磷酸铁锂材料研究方向讨论材料改性 相LiFePO4的子率10-10S/cm， 而且离子按照一散方式行，散系数10-14cm2/s。改性研究改性研究细化尺寸体相掺杂表面包覆 需要同提高LiFePO4的离子性和子性才能保材料具有好的化学性能。a. 包覆炭黑b. 包覆有机物热解炭改性途径-碳包覆1）阻止内部颗粒接触，防止不正常晶粒长大；2）防止二价铁离子氧化；3）提高电子导电性。 ab磷酸铁锂材料研究方向讨论磷酸铁锂材料研究方向讨论材料改性 磷
9、酸 一种子-离子混合体，通 其它元素形成固溶体，影响材料的构增加缺陷度，提高LiFePO4的离子 性和子 性。 但也有研究 离子 的效果和可能性得商榷。首先，缺乏能 明高价离子真正占据了位或位的 手段。其次，LiFePO4合成程中生的新 相。再次，LiFePO4中存留碳可改善材料的 性能，掩盖 的作用。 改性途径-离子掺杂磷酸铁锂材料研究方向讨论磷酸铁锂材料研究方向讨论材料改性目前力池技路主要分两个流派，以欧美和中国主的磷酸派，以日主的酸派。 酸派：（1）、酸由于与目前普遍使用的酸、三元材料性非常接近，其池生工非常成熟，力池生与有生基本兼容，特是日采用18650型池合成力池模的技思路，使酸力池生更容易。（2）酸的体比能量于磷酸酸的容量比磷酸低25%，但其比磷酸高15%，且酸的密度高40%，因此酸的体比能量高于磷酸25-30%。（3）酸的一致性于磷酸由于酸品不含碳，品参数波很小，品一致性非常好，力池生非常有利酸唯一的缺点是高温循性能差，但目前日本已成功解决了此，据高温55C循1000次，容量保持率高达90%。因此磷酸 面酸材料重挑。动力各种技术路线的分析动力各种技术路线的分析动力领域动力领域锂离子电池最新的技术动向锂离子电池最新的技术动向材料材料锂离子电池最新的技术动向锂离子电池最新的技术动向电池体系电池体系
