1、磷酸铁锂电池行业初探磷酸铁锂电池行业初探磷酸铁锂电池因其性能好、原料广、价格低和环境友好，得到各国政府重视而迅速发展。一、磷酸铁锂电池工作原理和特点（一）磷酸铁锂电池内部构成磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP）材料作电池正极的锂离子电池,其内部结构如下图所示：1、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，2、中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，3、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。4、电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳、铝塑复合膜或塑料壳密闭封装。（二）磷酸铁锂电池工
2、作原理蓝色锂电子1、电池充电时，正极材料中的锂离子脱出来，经过电解液，穿过隔膜进入到负极材料中；2、电池放电时，锂离子又从负极中脱出来，经过电解液，穿过隔膜回到正极材料中。（三）磷酸铁锂电池特点1、磷酸铁锂电池的优点磷酸铁锂LFP比较对象比较结果寿命在室温下1C充放电循环2000次，容量保持率80%以上铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次；镍氢电池循环寿命500次；钴酸锂电池循环寿命500次；锰酸锂电池循环寿命400-500次是铅酸电池5倍，镍氢电池的4倍，是钴酸锂电池4倍，是锰酸锂电池4-5倍左右安全性氧 与磷 以强共价键牢固结合，使材料很难析氧分解；高温性能和热稳定性明显优于
3、已知的其它正极材料传统的过渡金属氧化物结构化学键不稳定，经常过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧安全性高于铅酸电池、镍氢电池、钴酸电池和锰酸电池环保磷酸铁锂电池不含任何（锂之外）重金属或者稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为环保电池。含有铅、镍、汞等重金属，有毒污染环境磷酸铁锂无毒，环保，比传统电池对环境更友好记忆效应充电速度快，自放电少，无记忆效应：磷酸铁锂电池可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，2C充电30分钟内即可使电池充满95%，起动电流可达2C, 有记忆效应；铅酸电池现在无此性能LFP比传统电池充电速度更快，自放电更少，无记忆效应。体积，重量商
4、品设计可轻量化体积是相同容量铅酸电池的2/3，也较镍氢电池体积小；重量是相同容量铅酸电池的1/3，镍氢电池的2/3左右；能量密度理论170mAh/g实际140 mAh/g一般是30mAh/g-40mAh/g能量密度是传统电池的4倍2、磷酸铁锂电池的缺点缺点解决方案电子离子传到率差，不适宜大电流的充放电在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。振实密度低，影响电容量目前锂离子电池还是以小容量、低功率电池为主；中大容量、中高功率的锂离子电池尚未大规模生产锂离子电池发展受限的瓶颈还是成本。成本是两方面的，一方面是电池本身的成本，另一方面是为锂电池电动车配套的充电设施成本安全性提高，但是锂离子电池电解
5、液溶剂体系易燃易爆依然存在有针对性研究一些阻燃添加剂或使用离子液体二、磷酸铁锂电池主要指标指标定义注释粒度1、表示颗粒直径。单位：MM（毫米），UM（微米）2、筛分粒度就是颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸，以1英寸（25.4mm）宽度的筛网内的筛孔数表示，因而称之为“目数”。目前存在美国标准、英国标准和日本标准三种，其中英国和美国的相近，日本的差别较大。我国使用的是美国标准就是说目数和微粒直径之间有一个对应关系。可以用乘积为15000微米目数测试大约数值。具体见附表粒度的分布分为区间分布，区间分布又称为微分分布或频率分布；累计分布，常用的累积分布，重要数据D10，D50（中位径或中值粒径），D90，
6、D97（粉末粗端的粗度指标）类似于正态分布一般与上述相结合D10是0.9MM（或者16目）振实密度g/cm3在规定条件下容器中的粉末经振实后所测得的单位容积的质量。振实密度越大，同样体积下电池里装的物质越多，比能量就越大了。振实密度与本体密度、颗粒形貌、粒度分布等有关系，一般来讲，颗粒度小比表面积大，则振实密度小，如果振实密度大，在碾压过程中就容易进行，压实密度也大，当然就可作成高容量电池，但放电平台会受到一定影响，涂覆厚度不但与振实密度有关，还与浆料的组成有关，如溶剂量多就会厚一些，但基本不影响压实密度，浆料组成变化会影响面增重。比表面积（m2/g）specific surface area
7、比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。分外表面积、内表面积两类一般比表面积大、活性大的多孔物，吸附能力强。测定比表面积方法有气体吸附法和溶液吸附法两类质量比能量（mAh/g）也称 比能量单位质量内含有的能量。或者单位体积内含有的能量。如：460-600Wh/kg1000瓦=1.35马力如5号镍镉电池的额定电压为1.2V，其容量为800mAh，则其能量为0.96Wh(1.2V0.8Ah)。同样尺寸的5号锂二氧化锰电池的额定电压为3V，其容量为1200mAh，则其能量为3.6Wh。这两种电池的体积是相同的，但是锂二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的3.75倍!倍率放电“倍率”放电，指电池在规定时间内
8、放出其额定容量所输出的电流值，数值上等于额定容量的倍数。如果电池标称容量是1000mAh，规格书上如果注明标准放电电流为0.2C，那就是以200mA电流放电为标准放电，如果注明为1.0C，那就是以1000mA电流放电，大多数情况下厂家规定的标准放电电流为0.2C。如“1”倍率的放电表示放电电流数值是额定容量的“1”倍,若电池容量为3200mAh那么放电电流应为13200=3200mA用“1C”表示，换成小时则是3200mAh/3200mA=1小时率。额定容量额定容量：指电池的蓄电量，单位以“mAh”（毫安时）或“Ah”（安培时）来表示；容量符号用“C”表示。如：1000mAh=1Ah；即当给电
9、池充饱电后，又放电至截止电压，这其中所释放的全部电量，就是此电池的容量。循环性能充放电后容量保持率的大小；越大越好。温度，常温100%；低温和高温的循环性能均下降。循环寿命 (10%DOD):1000次 循环寿命 (100%DOD):200次 其中DOD是放电深度的英文缩写。温度不一样从表中可见，可充电次数和放电深度有关，10%DOD时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。当然如果折合到实际充电的相对总容量：10%*1000=100，100%*200=200，后者的完全充放电还是要比较好一些安全性能电池充满电后，以3C30V对电池进行充电，直到电流下降到接近零伏或温度下降10以上停止试验。电
10、池气胀，极耳处泄气，电池没有冒烟、着火或爆炸。碳含量碳的质量占总质量的百分比水汽含量电解质中水的含量单位PPM一般是0.8 g/cm311.2 g/cm31.5碳含量1.5%2%1.6%-2.2%5%1-2 %循环性能10002000或者2000次以上1000次或2000次1000-2000倍率放电10C30C放电小电流；10C30C的放电倍率，持续放电电流60-70安，瞬间120安粒径(D50)：2-4 mD10:0.6微米；D50:2.3微米D90:19微米D10:1mD50:2.5-5.0D90:15Dmax:25D50:0.4m或者D50=3微米(D50)：2-4 mD(50)2-4m
11、比表面积SSA1514-18 m2/g16 m2/g10-15 m2/g12充电方式5C的电流进行快速充电，15-20分钟完成不足之处正品只有台湾和没有出售比容量140 mAh/g140165 mAh/g135 mAh/g水汽含量 1000 ppm2000次循环后容量衰减率(%)201510四、磷酸铁锂电池市场分析（一）价格分析：从单体电池成本来看镍氢电池锂电池钴酸锂电池锰酸锂电池磷酸铁锂电池成本（元/瓦时）32.53.54.55.52.54目前磷酸铁锂由于小批量生产，成品率低，成本比镍氢电池高。在工艺成熟后如果可以达到2时，将逐步取代镍氢电池。但是短期内的HEV主要还是采用镍氢电池。（二）需
12、求分析：1、假设到2012年，国内有10%新生产的汽车是节能与新能源汽车，按届时汽车年产辆为1000万辆算，我国新能源汽车要达到年产100万辆的规模。（科技部部长万钢提出）2、假设新能源汽车中80%采用镍氢电池，20%采用磷酸铁锂电池3、假设每一辆车含40kgLFP，LFP比能量1kwh/4.61kg，LFP20万元/吨动力锂电池上游材料需求预测 （一） 锂电HEV产量（万辆）动力电池需求(万kwh)磷酸铁锂 用量(吨)价值(万)2010E5.00 43.38 2,000400,0002011E10.00 86.76 4,000800,0002012E20.00 173.50 8,0001,6
13、00,0004、电动自行车2008年2000万辆，假设2010-2012年电动自行车持平为2200万辆，其中60%采用铅酸电池，镍氢32%和磷酸铁锂电池8%。1kg/辆。动力锂电池上游材料需求预测 （二） 磷酸铁锂电动车产量（万辆）动力电池需求(万kwh)磷酸铁锂 用量(吨)价值(万)2010E160347.21600320,0002011E160347.21600320,0002012E160347.21600320,0005、电动工具。电动工具指高功率电动工具、电钻、除草机等。目前锂电池占5%，85%为镍镉电池，由于镍镉的污染性，欧美已经开始立法限制其使用。动力锂电池上游材料需求预测 （三
14、） 磷酸铁锂电池占有量动力电池需求(万kwh)磷酸铁锂 用量(吨)价值(万元)5%179.03825165,00010%3581650330,000若磷酸铁锂可以渗透到10%，市场价值为33亿。6、电动代步车市场。电动代步车指高尔夫球车、电动轮椅等。预计磷酸铁锂电池市场占有率超将达10%动力锂电池上游材料需求预测 （四） 电动代步车产量（万辆）动力电池需求(万kwh)磷酸铁锂 用量(吨)价值(万元)200710029.8137.527,4002010E12035.816533,0002012E14041.8192.538,5007、其他。主要为风能电能储电设备。这个市场由于技术原因，未能大规模
15、应用，只有几个企业开发出了产品如比亚迪，但是前景广阔。综上所述，在2012年全国磷酸铁锂市场将超过1.25万吨，市场规模达到228.85亿元。（三）市场产能分析1、全国磷酸铁锂的主要供应商公司产能（吨）扩产计划正极材料备注技术来源第一梯队天津斯特兰500达到2000LFP客户比亚迪北京有色研究院深圳贝特瑞8001500磷酸铁锂天津力神；中国宝安控股55%国内产能第一，全球第二美国VALENCE北大先行LFP500；钴酸锂1500；如产能客户咸阳威力克北京大学湖南杉杉钴酸锂4000；LFP研制中如产能杉杉控股75%中南大学天骄科技150吨LFP目前中试中国宝安控股75%江南大学第二梯队苏州威能/
16、威泰关键技术碳包覆属于加拿大LFP美Valence在华子公司；OEM出口Valence常州/镇江高博LFP美A123在华子公司；OEM出口A123烟台卓能磷酸铁锂200计划扩到500LFP中南大学辽源雷天LFP深圳雷天子公司西安铁虎2001000吨LFP湖南瑞祥LFP湖南浩润500LFP苏州恒正500LFP新乡格瑞恩LFP500；锰酸锂1000如产能临沂杰能LFP400；锰酸锂500如产能新乡中天光源LFP200，锰酸锂600如产能新乡创佳200LFP新乡华鑫100LFP；锰酸锂；第三梯队山西力之源30LFP；锰酸锂；钴酸锂横店东磁LFP中试广州鹏辉日产100公斤级LFP小批量生产青岛乾运锰酸
17、锂；钴酸锂1000吨如产能LFP中试长远锂科钴酸锂1500LFP中试全球2008年LFP的实际供应量为1600吨，其中最大供应商是A123，供应750吨，国内厂商供应量只有几百吨左右。2008-2010年增长率为44%。目前国内可查的LFP的产能为4600吨，从公开的数据看，未来2年达到的产能为6400吨，实际产量远远低于产能数，市场供不应求。五、我国磷酸铁锂电池发展前瞻磷酸铁锂电池优缺点已经阐述，但是在我国除了电池本身的缺点限制了行业的发展，还有：（一）量产门门槛高，公司多而不强我国有40多家磷酸铁锂电池材料生产厂商，其中已进入工业化批量生产并向市场稳定供货的企业有天津斯特兰、北大先行、苏州恒正、新乡华鑫（新乡八化）、深圳贝特瑞、比亚迪等8家，可批量生产并在试销阶段的企业也有8家，其余都在中试阶段，而有意向进军这个产业的企业则更多。（二）关键技术购买专利权在磷酸铁锂电池和材料领域，有两大核心技术专利是无法绕行的，其中一个是包敷碳技术专利，另一个是碳热还原技术专利。前者已经在华申请，加拿大Phostech公司拥有独家使用权；后者归美国Valence公司所有，目前尚未到中国申请专利。生产必须买专利许可，增加成本。总之，我国LFP电池市场广阔，在技术成熟后，可以取代传统的重金属电池。
