磷酸鐵鋰的前景如何?

磷酸鐵鋰的前景如何?
?磷酸鐵鋰電池（是指以磷酸（亞）鐵鋰電池為正極材料的一類鋰離子電池，下同）以其長壽命、相對高的安全性、材料來源廣泛等突出特點，為業(yè)界關(guān)注，以往從事小型動力用鉛酸電池的廠家也紛紛進(jìn)入這一行業(yè)。但兩年下來，好多廠家步履艱難。主要原因是市場不成熟、產(chǎn)品不成熟（這和產(chǎn)品實際運(yùn)行壽命、可靠性、安全性等不能滿足市場需求，價格偏高等因素相關(guān)）。突然爆發(fā)的經(jīng)濟(jì)危機(jī)更加深了這些廠家的困境。我們不禁要問，磷酸鐵鋰電池是否真正具有替代性的優(yōu)勢？這種優(yōu)勢是否真正屬于用戶需要的？優(yōu)勢能夠維持多久？
磷酸鐵鋰的安全性令人期待。但是把磷酸鐵鋰放入傳統(tǒng)的鋰離子電池的工作體系內(nèi)，其安全性讓人擔(dān)心。首先我們擔(dān)心的是負(fù)極，在富鋰的情況下，采用碳材料的負(fù)極是不穩(wěn)定的。盡管正極一般情況下不會析氧催化這種放熱的反應(yīng)，但是在極端情況下，仍會有外界的氧、水等可能進(jìn)入電池加速放熱反應(yīng)，當(dāng)這種反應(yīng)不能遏制時，爆炸是不可避免的。當(dāng)然，有人在研究更穩(wěn)定的負(fù)極材料，但是往往是以犧牲比能量為代價的。
?? 再說磷酸鐵鋰的壽命。我感受到磷酸鐵鋰正極的長壽命，經(jīng)歷1200次1C充放循環(huán)的磷酸鐵鋰電池的正極無任何變化，由于負(fù)極鋰枝晶的大量聚集導(dǎo)致了電池的失效。我只能把這個失效原因歸結(jié)于電解液體系與負(fù)極體系的匹配性問題。做了很多種電池，包括鉛酸、鎘鎳、燃料電池、超級電容器等，能夠在這么多次循環(huán)后保持穩(wěn)定的電極材料我還是前所未見的。因此我認(rèn)為，當(dāng)克服了磷酸鐵鋰電池的其他弱點后，趨于理性的市場最終會選擇壽命長久的電源品種的。
?? 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。一般情況下，對于單只電芯（注意是單只而非電池組，對于電池組而言，實測的低溫性能可能會略高，這與散熱條件有關(guān)）而言，其0℃時的容量保持率約60～70％，－10℃時為40～55％，－20℃時為20～40％。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求的。當(dāng)前一些廠家通過改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升，但還未真正滿足需求。
?? 針對普通的動力型應(yīng)用，對大電流性能要求并不太高。一般5C放電足夠應(yīng)付大多數(shù)動力電源的需求了。這一方面，磷酸鐵鋰電池的性能還能夠滿足要求。但需要說明的是，上述的5C放電應(yīng)該是瞬間的。我認(rèn)為磷酸鐵鋰電池最適合的充放電倍率是0.2C~1C，在這一充放電方式下工作，磷酸鐵鋰電池可以獲得較高的循環(huán)壽命。
?? 磷酸鐵鋰電池的另一突出優(yōu)勢是其優(yōu)異的耐過充性能，由于其工作電壓低、氧析出溫度高，決定其耐過充性能好。我們的產(chǎn)品曾經(jīng)在一個用戶處過充了24小時以上（用戶誤操作將極性接反），電池僅是鼓脹發(fā)熱，并未爆炸。這次事故除了讓我們反省自己的保護(hù)電路應(yīng)付極端情況的保護(hù)措施應(yīng)該完善外，更讓我們對磷酸鐵鋰電池的耐過充性能有了深刻的認(rèn)識。
???
?? 最后說一下一致性的問題，對于多串多并的鋰離子電池組而言，其配組后的一致性十分重要。我們可以設(shè)想幾種情況會使電池組在使用過程中的一致性變差：
1．
電芯自身的差異性。這種差異性有些是可以在出廠前的檢測過程中發(fā)現(xiàn)，有些是需要多個循環(huán)后方可以表現(xiàn)出來。有些差異性表現(xiàn)為個別的異常，有些表現(xiàn)為散差較大。個別的異常我們可以剔除，但由于過程能力所限，當(dāng)散差不能夠控制，考慮到成品率，不得不放寬配組條件，此時，配組后的一致性會變差。在配組需考慮的諸多因素中，我們必須選擇其中的幾個關(guān)鍵因素作為主要條件，適當(dāng)放寬其他條件，使配組成為可能。在這些關(guān)鍵因素中，我們不得不選擇放電容量（建議放電倍率接近用戶使用的倍率）、恒流段充電容量、自放電率、恢復(fù)電壓等、內(nèi)阻（這方面歡迎大家討論）等，但其他的因素是否更重要呢？我們在探索中。在探索的過程中，我們需要不斷的模擬用戶的使用狀態(tài)，同時不斷加深對我們電芯特性的認(rèn)知。
2．
使用條件的影響。這種影響在放電、充電、擱置三個階段中存在。首先說放電：
a)
放電：當(dāng)前多數(shù)的保護(hù)線路都是控制放電的終止電壓，也就是有任何一個單體（這種說法可能不會涵蓋所有的串并聯(lián)方式和控制方式）電壓達(dá)到規(guī)定的放電終止電壓時，關(guān)斷放電回路對應(yīng)的mosfet管。我們知道，電動車或電動汽車的控制電路也設(shè)置了低壓保護(hù)點，這個低壓保護(hù)是控制整組的放電電壓的。電池組自身的單格保護(hù)功能是為了應(yīng)付極端情況的，因此我們希望電動車的控制器的終止電壓（欠壓值）應(yīng)高于n×終止電壓，這樣可以確保多數(shù)情況電池組內(nèi)任何一個單格都未放電到終止電壓。這樣對落后單格在其后的循環(huán)中的惡化會有所改善。另外，由于電池組內(nèi)部溫度的不均衡性，也會導(dǎo)致異常落后的單格出現(xiàn)，再考慮到檢測的精度、線路壓降等因素，放電不一致的情況是很容易發(fā)生的。
b)
充電：理想的充電方式是單格恒壓恒流充電，但是這種方式因為成本所限，對于組堆的電池組而言，是不可能實施的。當(dāng)個別電芯電壓提前時，往往會達(dá)到保護(hù)電路的充電保護(hù)電壓而終止了充電。從而使電池組的充電僅有恒流段。顯然這是無法充足電的。盡管人們采取了多種所謂“均衡”的方式試圖克服上述缺點，希望能夠通過若干次的均衡將電芯的不一致性拉平，但是效果往往不佳。主要是因為成本、空間、散熱條件等因素所限，均衡電流一般在0.0001C以下，這種均衡對于恒流充電電流而言，九牛一毛，無法起到均衡拉低電壓作用。而擱置過程中的均衡往往容易出現(xiàn)程序上的邏輯錯誤或誤判，導(dǎo)致不期望的結(jié)果。因此，充電方式的改進(jìn)是解決充電不一致的重要手段。
c)
擱置：保護(hù)線路的自耗電、電芯的自放電、單格自耗電及自放電的不一致性，是導(dǎo)致擱置過程中的離散性加劇的重要原因。建議仔細(xì)的分析保護(hù)線路的靜態(tài)功耗特性，尤其注意其單格自耗電的差異性，再考慮電芯從終止電壓繼續(xù)放電到0V能夠放出多少容量，電芯自放電率等，很容易得出您的電池組長時間存儲后的結(jié)果。由于運(yùn)輸、銷售過程中的周轉(zhuǎn)期，我們必須假設(shè)電池組被擱置6個月以上。盡管說明書上要求3個月補(bǔ)充電一次，但是用戶或代理商真正能這樣做嗎？如果我們打定注意要和用戶打官司的話，可以這樣做的。
?? 以上論斷歡迎置疑。更希望各位同行能夠借此平臺討論一下磷酸鐵鋰電池的未來發(fā)展空間，存在的問題和解決方向。在經(jīng)濟(jì)危機(jī)的大環(huán)境中，對于磷酸鐵鋰電池這個項目，我們是應(yīng)該放棄？緊縮？還是擴(kuò)大？值得討論
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磷酸鐵鋰電池可以替代什么？電動自行車？ 電動汽車？太陽能儲能電源？UPS電源？
1．?? 電動自行車是化學(xué)電源在動力型應(yīng)用的最成熟載體。傳統(tǒng)的閥控密封式鉛酸蓄電池因其廉價的特點占據(jù)其市場。磷酸鐵鋰電池或錳酸鋰電池是否在這個領(lǐng)域具備替代性的優(yōu)勢？我認(rèn)為，價格是鋰離子電池進(jìn)入這一領(lǐng)域的最大障礙。電動自行車屬低端市場，價格敏感度高。盡管我們在宣傳鋰離子電池的輕便、美觀、長壽等優(yōu)勢，但是對于一般消費(fèi)者而言，一次性的高投入的風(fēng)險還是很大的。正面的信息是，中國是第一大自行車消費(fèi)國，保守的估計，2008年的電動自行車保有量達(dá)8000萬輛。2009年仍然有1500萬輛以上的市場容量。在這個巨大的消費(fèi)群體中，一定存在著對鋰離子電池有需求的用戶。即便是1％的替代率，鋰離子電池在這方面仍然有足夠的市場空間。但是令人擔(dān)心的是即便磷酸鐵鋰電池，其可靠性仍然不能滿足要求。是否能夠使用3年以上，還需市場的檢驗。我想通過技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品質(zhì)量提升，再加上實現(xiàn)批量化后的成本降低，趨于理性的市場最終會接受性價比較高的磷酸鐵鋰電池的。磷酸鐵鋰電池在這方面，初期遭遇的是鉛酸電池，畢竟當(dāng)前用戶手上的8000萬輛電動自行車上的鉛酸電池?zé)o法讓鋰離子電池取代；后期是否會有其他的替代能源，或者干脆電動自行車的市場萎縮了，就很難推測。這關(guān)系著電動自行車用鋰離子電池的市場生命周期。如果投入開發(fā)和建設(shè)的成本不能夠在賺錢的年份里收回，就虧大了。
2．?? 電動汽車？無論是什么樣的理由，國家發(fā)展電動汽車的理由都是充分的。問題是，發(fā)展EV、HEV、PHEV等，都需要類似加電站、換電站等這樣龐大的基礎(chǔ)設(shè)施的配合。如果這條路走開來，將是能源產(chǎn)業(yè)化的一次革命，如果所有的建設(shè)在50年內(nèi)完成，將使GDP五年翻一番。這是個龐大的工程，在開展這個工程之前，論證也要搞個10年吧。想在這方面做大的老板，歇會兒吧。當(dāng)然，想從國家騙錢的那類老板除外（說到底，也不是騙錢，這叫周瑜打黃蓋）。
3．?? 太陽能、風(fēng)能的儲能電源？這幾年太陽能這個火啊，造就了多少個億萬富翁。我們不能不感受**的政策導(dǎo)向影響之深。鋰電算貴了，比起太陽能那算便宜的了。鋰電的電動自行車大家消費(fèi)不起，太陽能就更屬于高端的高端了。這東西類似于貴婦人的護(hù)膚霜，只要臉好看，多貴都要買。問題是買了發(fā)現(xiàn)不好用，擺在冰箱里面也會發(fā)臭的。送朋友吧，我看非洲沙漠多，風(fēng)也大，最需要這個。買不起就送嘛。
4．?? UPS電源？我看戲不大。閥控密封鉛酸電池足夠用10年以上的壽命了。您說我的鋰電可以用20年？兄弟，10年前UPS就生銹了！扔UPS的時候小心別忘了把電池摘下來。這東西保值，摳出來都是鋰??！最差也可以當(dāng)個古董賣：“BYBUCK牌的啊，標(biāo)識清楚，屬于真品。BYBUCK的產(chǎn)品存世量不多，您的能存這么多年不爆炸也算難得，品相不錯啊？基本上也沒什么變型?！薄翱?，甭提了，當(dāng)初差點沒當(dāng)廢品給扔了，后來墊桌子腿磨了這么一個印，您看它能值多少錢？”“這不好說，現(xiàn)在研究化學(xué)發(fā)展史挺熱門，您這個東西可以作為歷史的一個見證，具有一定的史料價值。上次在日本拍賣的比您這個小點，約合1000000000新人民幣吧！”
玩笑歸玩笑，綜上所述，磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域還待開發(fā)，其性能還待優(yōu)化和發(fā)揮。成功或失敗，均屬正常。
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