磷酸铁锂电池：技术、优势和安全性

锂铁电池的全名是磷酸铁锂电池，由于其性能特别适合动力方面的应用，因而又称“锂铁动力电池”（以下简称“锂铁电池”）。磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料，而其他正极材料由于多种原因，目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是锂离子电池的一种。从原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂、锰酸锂完全相同。

1.锂铁电池的工作原理

LiFePO₄电池的内部结构如图2-23所示。左边是橄榄石结构的LiFePO₄作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接；中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，锂离子Li⁺可以通过而电子e^-不能通过；右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

LiFePO₄电池在充电时，正极中的锂离子Li⁺通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li⁺通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

2.LiFePO₄电池主要性能

工作电压范围为2.5～3.6V，平台约3.3V，比钴酸锂电池的3.7V低一些。LiFePO₄电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号（同一种封装的标准电池），其电池的容量有较大差别（10%～20%）。

3.磷酸铁锂电池的特点

（1）磷酸铁锂的优点

图2-23 LiFePO₄电池的内部结构(www.xing528.com)

1）安全。磷酸铁锂的安全性能是目前所有材料中最好的，当然它和其他磷酸盐的安全性能也基本一样。用磷酸铁锂做电池，绝对不用担心爆炸问题的存在。

2）稳定性高。包括高温充电的容量稳定性好、储存性能好等。在所有已知的材料中，它的稳定性是最好的。

3）环保。整个生产过程清洁无毒，所有原料都无毒，不像钴是有毒的物质。

4）价格便宜。磷酸盐采用磷酸源和锂源以及铁源为材料，这些材料都十分便宜，无战略资源及稀有资源。

（2）磷酸铁锂的缺点

1）导电性差。磷酸铁锂电池之所以还没有大范围的应用，这是一个主要的问题。但是，这个问题目前已经可以得到很好地解决，就是添加导电剂。实验室报道可以达到160mA·h/g以上的比容量。

2）相对密度较低，一般只能达到1.3～1.5。这一缺点决定了它在小型电池如手机电池等没有优势，即使它的成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能少量地取代钴酸锂。但另一方面这一缺点在动力电池方面不突出，因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。

3）目前研究开发还不深入。目前以磷酸铁锂作为正极材料的产业化情况并不乐观。因为它是最近两年发展起来的，所以各方面的研究还需要继续深入。