中心議題：

• 磷酸鐵鋰電池的結構與工作原理
• 磷酸鐵鋰電池的放電特性及壽命
• 磷酸鐵鋰電池的使用特點
• 磷酸鐵鋰動力電池的應用狀況

自鋰離子電池問世以來
，圍繞它的研究、開發工作一直不斷地進行著，上世紀90年代末又開發出鋰聚合物電池，2002年後則推出磷酸鐵鋰動力電池。

鋰離子電池內部主要由正極、負極、電解質及隔膜組成。正、負極及電解質材料不同及工藝上的差異使電池有不同的性能，並且有不同的名稱。目前市場上的鋰離子電池正極材料主要是氧化鈷鋰（LiCoO2），另外還有少數采用氧化錳鋰(LiMn2O4)及氧化鎳鋰(LiNiO2)作正極材料的鋰離子電池，一般將後兩種正極材料的鋰離子電池稱為“鋰錳電池”及“鋰鎳電池”。新開發的磷酸鐵鋰動力電池是用磷酸鐵鋰（LiFePO4）材料作電池正極的鋰離子電池，它是鋰離子電池家族的新成員。

一yi般ban鋰li離li子zi電dian池chi的de電dian解jie質zhi是shi液ye體ti的de

，後hou來lai開kai發fa出chu固gu態tai及ji凝ning膠jiao型xing聚ju合he物wu電dian解jie質zhi，則ze稱cheng這zhe種zhong鋰li離li子zi電dian池chi為wei鋰li聚ju合he物wu電dian池chi，其qi性xing能neng優you於yu液ye體ti電dian解jie質zhi的de鋰li離li子zi電dian池chi。

磷lin酸suan鐵tie鋰li電dian池chi的de全quan名ming應ying是shi磷lin酸suan鐵tie鋰li鋰li離li子zi電dian池chi
，這zhe名ming字zi太tai長chang，簡jian稱cheng為wei磷lin酸suan鐵tie鋰li電dian池chi。由you於yu它ta的de性xing能neng特te別bie適shi於yu作zuo動dong力li方fang麵mian的de應ying用yong
，則ze在zai名ming稱cheng中zhong加jia入ru“動力”兩字
，即磷酸鐵鋰動力電池。也有人把它稱為“鋰鐵（LiFe）動力電池”。

采用LiFePO4材料作正極的意義

目前用作鋰離子電池的正極材料主要有：LiCoO2

、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。這些組成電池正極材料的金屬元素中
，鈷（Co）最貴
，並且存儲量不多
，鎳（Ni）
、錳（Mn）較便宜，而鐵（Fe）最便宜。正極材料的價格也與這些金屬的價格行情一致。因此，采用LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應是最便宜的。它的另一個特點是對環境無汙染。

作為可充電電池的要求是：容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環性能、輸出電壓穩定、能大電流充放電

、電化學穩定性能、使用中安全（不會因過充電
、過放電及短路等操作不當而引起燃燒或爆炸）
、工作溫度範圍寬、無毒或少毒
、對環境無汙染。采用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰電池在這些性能要求上都不錯，特別在大放電率放電（5～10C放電）、放電電壓平穩上
、安全上（不燃燒、不爆炸）
、壽命上（循環次數）、對環境無汙染上
，它是最好的，是目前最好的大電流輸出動力電池。

LiFePO4電池的結構與工作原理

LiFePO4電池的內部結構如圖1所示。左邊是橄欖石結構的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳（石墨）組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質，電池由金屬外殼密閉封裝。


圖1LiFePO4電池內部結構

LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移；在放電過程中，負極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的。
LiFePO4電池主要性能

LiFePO4電池的標稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V
、終止放電壓是2.0V。由於各個生產廠家采用的正、負極材料、電解質材料的質量及工藝不同，其性能上會有些差異。例如同一種型號（同一種封裝的標準電池）
，其電池的容量有較大差別（10%～20%）。
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磷酸鐵鋰動力電池主要性能列於表1。為wei了le與yu其qi他ta可ke充chong電dian電dian池chi的de相xiang比bi較jiao
，也ye在zai表biao中zhong列lie出chu其qi他ta種zhong類lei可ke充chong電dian電dian池chi性xing能neng。這zhe裏li要yao說shuo明ming的de是shi，不bu同tong工gong廠chang生sheng產chan的de磷lin酸suan鐵tie鋰li動dong力li電dian池chi在zai各ge項xiang性xing能neng參can數shu上shang會hui有you一yi些xie差cha別bie；另外，有一些電池性能未列入，如電池內阻、自放電率、充放電溫度等。
 

磷酸鐵鋰動力電池的容量有較大差別
，可以分成三類：小型的零點幾到幾毫安時、中型的幾十毫安時
、大(da)型(xing)的(de)幾(ji)百(bai)毫(hao)安(an)時(shi)。不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)電(dian)池(chi)的(de)同(tong)類(lei)參(can)數(shu)也(ye)有(you)一(yi)些(xie)差(cha)異(yi)。這(zhe)裏(li)再(zai)介(jie)紹(shao)一(yi)種(zhong)目(mu)前(qian)應(ying)用(yong)較(jiao)廣(guang)的(de)小(xiao)型(xing)標(biao)準(zhun)圓(yuan)柱(zhu)形(xing)封(feng)裝(zhuang)的(de)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)的(de)參(can)數(shu)。其(qi)外(wai)廓(kuo)尺(chi)寸(cun)：直徑為18mm、高650mm（型號為18650），其參數性能如表2所示。


典型的放電特性及壽命

一種型號為STL18650的磷酸鐵鋰動力電池（容量為1100mAh）在不同的放電率時其放電特性如圖2所示。最小的放電率為0.5C，最大的放電率為10C，五種不同的放電率形成一組放電曲線。由圖2中可看出，不管哪一種放電率，其放電過程中電壓是很平坦的（即放電電壓平穩
，基本保持不變），隻有快到終止放電電壓時，曲線才向下彎曲（放電量達到800mAh以後才出現向下彎曲）。在0.5～10C的放電率範圍內
，輸出電壓大部分在2.7～3.2V範圍內變化。這說明該電池有很好的放電特性。


圖2STL18650的放電特性

容量為1000mAh的STL18650在不同的溫度條件下（從-20～+40℃）的放電曲線如圖3所示。如果在23℃時放電容量為100%
，則在0℃時的放電容量降為78%，而在-20℃時降到65%，在+40℃放電時其放電容量略大於100%。
從圖3中可看出，STL18650磷酸鐵鋰電池可以在-20℃下工作，但輸出能量要降低35%左右。
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圖3STL18650在多溫度條件下的放電曲線

STL18650的充放電循環壽命曲線如圖4所示。其充放電循環的條件是：以1C充電率充電，以2C放電率放電，曆經570次充放電循環。從圖4的特性曲線可看出，在經過570次充放電循環，其放電容量未變，說明該電池有很高的壽命。


圖4STL18650的充放電循環壽命曲線

過放電到零電壓試驗

采用STL18650（1100mAh）的磷酸鐵鋰動力電池做過放電到零電壓試驗。試驗條件：用0.5C充電率將1100mAh的STL18650電池充滿，然後用1.0C放電率放電到電池電壓為0C。再將放到0V的電池分兩組：一組存放7天，另一組存放30天；存放到期後再用0.5C充電率充滿，然後用1.0C放電。最後比較兩種零電壓存放期不同的差別。

試驗的結果是，零電壓存放7天後電池無泄漏，性能良好，容量為100%
；存放30天後，無泄漏、性能良好，容量為98%
；存放30天後的電池再做3次充放電循環，容量又恢複到100%。

這試驗說明該電池即使出現過放電（甚至到0V），並存放一定時間
，電池也不泄漏、損壞。這是其他種類鋰離子電池不具有的特性。

磷酸鐵鋰電池的特點

通過上述介紹，LiFePO4電池可歸納下述特點。

1高效率輸出：標準放電為2～5C
、連續高電流放電可達10C，瞬間脈衝放電（10S）可達20C；
2高溫時性能良好：外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃，電池放電結束時溫度可達160℃，電池的結構安全
、完好；
3即使電池內部或外部受到傷害
，電池不燃燒、不爆炸
、安全性最好
；
4極好的循環壽命，經500次循環，其放電容量仍大於95%
；
5過放電到零伏也無損壞；
6可快速充電；
7低成本；
8對環境無汙染。

磷酸鐵鋰動力電池的應用

由於磷酸鐵鋰動力電池具有上述特點，並且生產出各種不同容量的電池，很快得到廣泛地應用。它主要應用領域有：

1大型電動車輛：公交車、電動汽車
、景點遊覽車及混合動力車等；
2輕型電動車：電動自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車
、清潔車

、電動輪椅等；
3電動工具：電鑽、電鋸
、割草機等
；
4遙控汽車、船、飛機等玩具
；
5太陽能及風力發電的儲能設備；
6UPS及應急燈、警示燈及礦燈(安全性最好)；
7替代照相機中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池（尺寸完全相同）；
8小型醫療儀器設備及便攜式儀器等。

這裏舉一個用磷酸鐵鋰動力電池替代鉛酸電池的應用實例。采用36V/10Ah(360Wh)的鉛酸電池，其重量12kg，充一次電可行走約50km
，充電次數約100次，使用時間約1年。若采用磷酸鐵鋰動力電池，采用同樣的360Wh能量（12個10Ah電池串聯組成），其重量約4kg

，充電一次可行走80km左右，充電次數可達1000次，使用壽命可達3～5年。雖然說磷酸鐵鋰動力電池的價格較鉛酸電池高得多，但總的經濟效果還是采用磷酸鐵鋰動力電池更好
，並且在使用上更輕便。

小型磷酸鐵鋰動力電池

小型磷酸鐵鋰動力電池是標準的，有圓柱形及長方形。如圓柱型的型號有18650、26650等。型號中前兩位是表示直徑
，後兩位或三位表示高度（單位為mm）

，即18650的尺寸的直徑為18
，高度為65。長方形的型號有103450R、183665R等。其前兩位是電池的厚度、中間兩位是電池的寬度

，後兩位是電池的長度（單位為mm）。電池生產工廠往往在型號前加三個英文字母作廠標，例如型號為×××18650。
結語

磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)是(shi)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)，由(you)於(yu)其(qi)性(xing)能(neng)優(you)良(liang)，受(shou)到(dao)各(ge)方(fang)麵(mian)的(de)重(zhong)視(shi)。我(wo)國(guo)現(xian)在(zai)已(yi)有(you)一(yi)些(xie)工(gong)廠(chang)生(sheng)產(chan)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)電(dian)池(chi)正(zheng)極(ji)材(cai)料(liao)及(ji)生(sheng)產(chan)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)容(rong)量(liang)的(de)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)。由(you)於(yu)生(sheng)產(chan)時(shi)間(jian)不(bu)長(chang)，規(gui)模(mo)還(hai)不(bu)大(da)，造(zao)成(cheng)供(gong)不(bu)應(ying)求(qiu)的(de)情(qing)況(kuang)。不(bu)過(guo)，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)可(ke)望(wang)在(zai)2～3年內得到改變

，磷酸鐵鋰動力電池將更便宜，並且其應用將更普遍。