磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池的比較

　　隨著世界各國對新能源電池產(chǎn)業(yè)的政策傾斜，鋰離子動力電池作為21世紀(jì)發(fā)展的理想能源，越來越受到大家的關(guān)注。自鋰電池在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應(yīng)用以后，最近兩三年中，世界一流鋰電企業(yè)對鋰離子動力電池商業(yè)化生產(chǎn)的成功，不僅給UPS、移動激光電源、移動照明電源、移動通訊設(shè)備、軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了實質(zhì)進(jìn)展，更給汽車行業(yè)以動力電源取代傳統(tǒng)能源的愿望帶來了希望。

　　如此廣闊的市場前景，使得鋰離子動力電池商業(yè)化生產(chǎn)成為人們最為關(guān)注的焦點。中國鋰電行業(yè)的相關(guān)企業(yè)自然不會放過這個機遇，紛紛開始試制或批量生產(chǎn)鋰離子動力電池。

　　生產(chǎn)鋰離子動力電池必然要對正極材料進(jìn)行選擇。雖然從理論上講，可以提供選擇的正極材料品種繁多，但是目前真正可以應(yīng)用商業(yè)生產(chǎn)用途的鋰離子正極材料很少，歸納下來只有磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料。如果考慮電池的安全和循環(huán)壽命，那么只有磷酸鐵鋰和錳酸鋰可以勝任。它們之所以能夠成為動力鋰離子電池正極材料的首選，和它們的結(jié)構(gòu)和性能有著密不可分的聯(lián)系。通過世界各國材料研究人員不懈的努力，我們對磷酸鐵鋰和錳酸鋰的結(jié)構(gòu)和性能有了下面的一些基本認(rèn)識。

磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)圖

錳酸鋰結(jié)構(gòu)圖

磷酸鐵鋰和錳酸鋰性能一覽表

　　根據(jù)上述研究數(shù)據(jù)，我們可以了解到磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池各自存在的優(yōu)勢和劣勢，具體比較如下表所示：

　　真正從事鋰電工作的人們對上述表格的結(jié)論都很清楚，磷酸鐵鋰和錳酸鋰做為鋰離子動力電池的正極材料并不存在著誰優(yōu)誰劣的巨大差異。但是對行外人士來說，就很容易被磷酸鐵鋰下列的幾個特點所迷惑：

　　1）常溫和較高溫度下循環(huán)性能極佳。

　　2）用它制備的鋰離子動力電池在安全性能上表現(xiàn)良好。

　　盡管這是因為其工作電壓平臺只有3.3V所致，但是人們往往忽視這一點。

　　3）原材料豐富。

　　這一點很容易讓人們聯(lián)想到磷酸鐵鋰制備簡單和低成本。

　　目前現(xiàn)在國內(nèi)某些鋰電企業(yè)正是憑借著行外人士的模糊認(rèn)識，通過各種輿論手段拼命夸大磷酸鐵鋰的循環(huán)和安全性能，并將錳酸鋰說得一無是處。如果僅僅是個別的商業(yè)性炒作倒也無可厚非，但是當(dāng)這種不負(fù)責(zé)任的做法逐漸被整個行業(yè)所默認(rèn)時，就令人匪夷所思了。

　　本文希望通過對磷酸鐵鋰和錳酸鋰的性能分析，還給它們一個公正和客觀的評價。

　　首先我們來看看鋰電行業(yè)生產(chǎn)鋰離子動力電池的情況。

　　世界上生產(chǎn)鋰離子動力電池最為成功的頂級鋰電企業(yè)有美國A123、加拿大的E-ONe Moli、日本的Sony和Sanyo等。其中除了A123是使用磷酸鐵鋰作為正極材料以外，其他企業(yè)所使用的正極材料均是以錳酸鋰為主要成分。再從2008年國際動力鋰離子電池商業(yè)生產(chǎn)份額來看，以錳酸鋰為主體正極材料的鋰離子動力電池占了整個市場的90%以上。由此可見，錳酸鋰正極材料到目前為止是世界一流鋰電行業(yè)制備鋰離子動力電池的首要選擇。

　　中國的鋰電行業(yè)目前對鋰離子動力電池可以實現(xiàn)初步商業(yè)量產(chǎn)化的企業(yè)大約有：日本TDK投資的ATL、深圳的比亞迪、天津的力神、常州的江蘇錳克和蘇州的星恒等。其中除了深圳的比亞迪聲稱擁有“鐵電池”外，其他公司生產(chǎn)的鋰離子動力電池均是使用錳酸鋰為主體的正極材料。

　　如果上述情況仍然不能讓大家明白的話，我們再提供一些實例做進(jìn)一步的說明。這里我們以江蘇錳克電池有限公司的錳系鋰離子動力電池與國內(nèi)河北某知名鋰電公司以及深圳某鋰電公司生產(chǎn)的磷酸鐵鋰鋰離子動力電池做一些同等狀態(tài)下的放電測試。測試過程和結(jié)果如下所示：

　　1.18650圓柱形樣品測試前參數(shù)一覽表：

　2.18650圓柱形樣品單體倍率放電測試程序：

　　測試環(huán)境溫度： 23℃±2℃充電電流1C*，充電截止電壓：錳克電池=4.2V，磷酸鐵鋰電池=3.65V放電電流分別為1C*/5A/10A/15A/20A/30A，放電截止電壓：2.5V*: 1C放電電流以電池樣品標(biāo)稱容量為基準(zhǔn)

　　3.18650圓柱形樣品單體倍率放電曲線圖

MNKE-A063

河北某鋰電公司 深圳某鋰電公司

MNKE-A014

　　對于動力電池來說，高倍率放電是一個非常重要的指標(biāo)。通過上述倍率放電的測試可以發(fā)現(xiàn)，錳克公司錳酸鋰系列的動力電池可以承受高達(dá)30A的電流放電。而深圳某公司的磷酸鐵鋰動力電池最大承受的放電電流為15A，河北某公司的產(chǎn)品則更差些，只能承受10A的放電電流。同時在承受大電流放電的時候錳酸鋰系列的電池依舊是可以達(dá)到1400mAh以上，而其他公司生產(chǎn)的磷酸鐵鋰動力電池在超過10A電流放電時，容量達(dá)不到900mAh。值得注意的是：磷酸鐵鋰動力電池均沒有達(dá)到制造公司所給出的標(biāo)稱容量，也就是說，它們的實際容量在1C放電的情況下只有1000mAh左右。

　　這樣的結(jié)果意味著什么呢？電動工具的制造商們一定會很清楚。因為比較專業(yè)的電動工具其正常工作電流通常在15-20A，如果遇到堵轉(zhuǎn)的話，瞬時工作電流將達(dá)到50-60A左右。上述電池中，除了江蘇錳克電池有限公司的錳系鋰離子動力電池可以勝任這樣的工作要求以外，其它電池均遠(yuǎn)達(dá)不到專業(yè)電動工具的基本工作指標(biāo)。

　　也許有人會說，單節(jié)磷酸鐵鋰電池電壓容量達(dá)不到，串并聯(lián)起來不就可以了嗎？話是不錯的，但是串并聯(lián)后大大增加了的使用量，增加了體積和重量，無論是成本上還是使用上都帶來不利因素，從上面的數(shù)據(jù)可以看出MNKE電池容量是其他公司鋰離子電池的1.5倍。相對而言，MNKE電池更容易成為電動工具制造商的首選。

　　4.18650圓柱形樣品單體溫度放電測試程序：

　　充電電流1C*，充電截止電壓：錳克電池=4.2V，磷酸鐵鋰電池=3.65V放電電流：1C*放電截止電壓：2.5V放電溫度：-20℃/-15℃/-10℃/23℃*: 1C放電電流以電池樣品標(biāo)稱容量為基準(zhǔn)5.18650圓柱形樣品單體溫度放電曲線圖比較可以看出錳克錳酸鋰電池在-20℃以下可以正常放電，而河北和深圳的磷酸鐵鋰電池在-20℃時不能放電，在-10℃的情況下已經(jīng)不能正常放電，放出的容量僅為標(biāo)稱容量的30％，同時工作電壓平臺傾斜不穩(wěn)，根本不能提供正常的工作的效能。

　　磷酸鐵鋰電池的低溫性能是令人擔(dān)心的。盡管人們通過各種方法（例如鋰位、鐵位、甚至磷酸位的摻雜改善離子和電子導(dǎo)電性能，通過改善一次或二次顆粒的粒徑及形貌控制有效反應(yīng)面積、通過加入額外的導(dǎo)電劑增加電子導(dǎo)電性等）改善磷酸鐵鋰的低溫性能，但是磷酸鐵鋰材料的固有特點，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。

　　電動工具、電動車等利用電池作為移動能源的設(shè)備，在考慮容量的同時，也要考慮到工作環(huán)境的要求，其中溫度是個重要指標(biāo)，尤其是地處亞寒帶和寒帶的地區(qū)，使用的移動工具必須能保證在-10℃至-20℃能正常工作，所以從MNKE品牌與其他公司磷酸鐵鋰動力電池相比較，它的優(yōu)越性不言而喻。

　　總結(jié)

　　從上述的比較看，國內(nèi)一些磷酸鐵鋰動力電池遠(yuǎn)沒有達(dá)到商業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)。原因主要是有下列幾點：

　　1）磷酸鐵鋰材料的振實密度和導(dǎo)電率差，這個問題在國內(nèi)還沒有得到有效解決，所以該類產(chǎn)品單位體積容量低，雖然看其來交流內(nèi)阻比較低，但因為導(dǎo)電率問題未得到解決，產(chǎn)品在實際應(yīng)用中直流內(nèi)