鋰離子動力電池的性能主要取決于正負極材料，磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標。1C充放循環(huán)壽命達2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。

本項目屬于高新技術項目中功能性能源材料的開發(fā)，是國家“863”計劃、“973”計劃和“十一五”高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃重點支持的領域。

鋰離子電池的正極為磷酸鐵鋰材料，其安全性能與循環(huán)壽命有較大優(yōu)勢，這些也正是動力電池最重要的技術指標之一。1C充放循環(huán)壽命可做到2000次，穿刺不爆炸，過充時不容易燃燒和爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易并串聯(lián)使用。

磷酸鐵鋰電池科研應用

近，有關新型電池取得進展、有望取代傳統(tǒng)鋰電池的報道接連不斷最，讓我們看到了手機、平板擁有更長續(xù)航時間的希望，不過可惜大部分都停留在實驗室研究階段，何時乃至能否大規(guī)模投入商用都不好說。現(xiàn)在，新能源公司DebochTEC.GmbH又帶來了一種更接近現(xiàn)實的新能源技術：含鐵的鋰電池。

DebochTEC.GmbH公布的磷酸鐵鋰電池技術白皮書顯示，在使用復合納米材料后，單節(jié)32650規(guī)格(直徑32mm/長度65mm)電芯的能量密度能夠提升到6000mAh，與當前業(yè)界32650規(guī)格單節(jié)5000mAh的規(guī)格相比，同等體積提升了足足1000mAh，也就是20%之多，1節(jié)就能給iPhone4S手機反復充電差不多4次。

更令人欣喜的是，在單顆低倍率充放電環(huán)境下使用，這種電池在循環(huán)使用多達3000次后，電量依舊保持在80%左右，而普通鋰電池循環(huán)充電500次左右就這德行了。按照每3天充放電一次計算，可以連續(xù)使用24年之久，是名符其實的長壽電池。

這種新型電池技術可以廣泛應用于便攜移動電源、小型UPS、筆記本電池、汽車電瓶等各種設備，而且針對不同使用環(huán)境，DebochTEC.GmbH還按照循環(huán)充電次數(shù)的差異使用了不同的電芯顏色：面向特種級的為金色，循環(huán)次數(shù)為3000次；民用汽車領域中使用藍色，2500次；綠色的、2000次的適用于小型便攜式移動設備。鋰離子電池的正負極活性物質(zhì)均為嵌入化合物，充電時Li+從正極脫出，經(jīng)過電解質(zhì)插入到負極；放電時則相反，電池的充放電過程實際上是Li+在兩個電極之間來回嵌入和脫出的過程，故這種電池又稱為“搖椅電池”（RockingChairBatteries，縮寫為RCB）。其反應示意圖及基本反應式如下所示：

2.聚合物鋰離子電池技術

2.1聚合物鋰離子電池的性能特點

聚合物鋰離子電池是指電解質(zhì)使用固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPE）的鋰離子電池。電池由正極集流體、正極膜、聚合物電解質(zhì)膜、負極膜、負極集流體緊壓復合成型，外包封鋁塑復合薄膜，并將其邊緣熱熔封合，得到聚合物鋰離子電池。由于電解質(zhì)膜是固態(tài)，不存在漏液問題，在電池設計上自由度較大，可根據(jù)需要進行串并聯(lián)或采用雙極結構。

聚合物鋰離子電池具有以下特點：①塑形靈活性；②更高的質(zhì)量比能量（3倍于MH-Ni電池）；③電化學穩(wěn)定窗口寬，可達5V；④完美的安全可靠性；⑤更長循環(huán)壽命，容量損失少；⑥體積利用率高；⑦廣泛的應用領域。

其工作性能指標如下：工作電壓：3.8V；比能量：130Wh/kg，246Wh/L；循環(huán)壽命：＞300；自放電：＜0.1%/月；工作溫度：253-328K；充電速度：1h達到80％容量；3h達到100%容量；環(huán)境因素：無毒。

2.2正極材料

鋰離子電池的特性和價格都與它的正極材料密切相關，一般而言，正極材料應滿足：⑴在所要求的充放電電位范圍內(nèi)，具有與電解質(zhì)溶液的電化學相容性；⑵溫和的電極過程動力學；⑶高度可逆性；⑷全鋰狀態(tài)下在空氣中穩(wěn)定性能好。隨著鋰離子電池的發(fā)展，高性能、低成本的正極材料研究工作在不斷地進行。目前，研究主要集中于鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物和鋰錳氧化物等鋰的過渡金屬氧化物[1]（見表1）。

表1鋰離子電池三種主要正極材料的比較

鋰鈷氧化物（LiCoO2）屬于α-NaFeO2型結構，具有二維層狀結構，適宜鋰離子的脫嵌。由于其制備工藝較為簡便、性能穩(wěn)定、比容量高、循環(huán)性能好，目前商品化的鋰離子電池大都采用LiCoO2作為正極材料。其合成方法主要有高溫固相合成法和低溫固相合成法，還有草酸沉淀法、溶膠凝膠法、冷熱法、有機混合法等軟化學方法。

鋰鎳氧化物（LiNiO2）為巖鹽型結構化合物，具有良好的高溫穩(wěn)定性。由于自放電率低、對電解液的要求低、不污染環(huán)境、資源相對豐富且價格適宜，是一種很有希望代替鋰鈷氧化物的正極材料。目前LiNiO2主要通過Ni（NO3）2、Ni（OH）2、NiCO3、NiOOH和LiOH、LiNO3及LiCO3經(jīng)固相反應合成。LiNiO2的合成比LiCoO2困難，其主要原因是在高溫條件下化學計量比的LiNiO2容易分解為Li1-xNi1+xO2，過量的鎳離子處于NiO2平面之間的鋰層中，妨礙了鋰離子的擴散，將影響材料的電化學活性，同時由于Ni3+比Co3+難得到，因此的合成必須在氧氣氣氛中進行[2]。

鋰錳氧化物是傳統(tǒng)正極材料的改性物，目前應用較多的是尖晶石型LixMn2O4，它具有三維隧道結構，更適宜鋰離子的脫嵌。鋰錳氧化物原料豐富、成本低廉、無污染、耐過充性及熱安全性更好，對電池的安全保護裝置要求相對較低，被認為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池正極材料。Mn溶解、Jahn-Teller效應及電解液的分解被認為是導致鋰錳氧化物為正極材料的鋰離子電池容量損失的最主要原因。