磷酸铁锂电池行业初探.docx
《磷酸铁锂电池行业初探.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磷酸铁锂电池行业初探.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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140mAh/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，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）
specificsurfacearea
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/kg
1000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（1.2V×0.8Ah）。
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1×3200=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3C／30V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<1000ppm
在配制1ppm浓度时，1克农药或肥料（指纯量）加水1吨（1000000克）
三、磷酸铁锂电池的主要厂商主要产品的主要指标
厂家
指标参数
天津斯特兰能源科技有限公司
北大先行科技产业有限公司
湖南瑞祥新材料股份有限公司
西安铁虎能源新材料有限公司
郑州市朗泰电池材料有限公司
A123
加拿大PhostechLithium
美国valence
振实密度
0.8~1.3g/cm3
1.2-1.5g/cm3
>0.8g/cm3
1~1.2g/cm3
1.5
碳含量
1.5%~2%
1.6%-2.2%
5%
1-2%
循环性能
1000~2000或者2000次以上
>1000次
或2000次
1000-2000
倍率放电
10C~30C放电
小电流；
10C
30C的放电倍率，持续放电电流60-70安，瞬间120安
粒径
（D50）：
2-4µm
D10:
0.6微米；
D50:
2.3微米
D90:
19微米
D10:
1μm
D50:
2.5-5.0
D90:
15
Dmax:
25
D50:
0.4μm
或者
D50=3微米
（D50）：
2-4µm
D（50）2-4μm
比表面积SSA
15
14-18m2/g
<16m2/g
10-15m2/g
12
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
140mAh/g
140~165mAh/g
135mAh/g
水汽含量
<1000ppm
2000次循环后容量衰减率（%）
20
15
10
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）
3
2.5
3.5
4.5
5.5
2.5
4
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）
2010E
5.00
43.38
2,000
400,000
2011E
10.00
86.76
4,000
800,000
2012E
20.00
173.50
8,000
1,600,000
4、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）
2010E
160
347.2
1600
320,000
2011E
160
347.2
1600
320,000
2012E
160
347.2
1600
320,000
5、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）
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%
179.03
825
165,000
10%
358
1650
330,000
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）
2007
100
29.8
137.5
27,400
2010E
120
35.8
165
33,000
2012E
140
41.8
192.5
38,500
7、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2000
LFP
客户比亚迪
北京有色研究院
深圳贝特瑞
800
1500
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/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500
LFP
中南大学
辽源雷天
LFP
深圳雷天子公司
西安铁虎
200
1000吨
LFP
湖南瑞祥
LFP
湖南浩润
500
LFP
苏州恒正
500
LFP
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
200
LFP
新乡华鑫
100
LFP；锰酸锂；
第三梯队
山西力之源
30
LFP；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
锰酸锂；钴酸锂1000吨
如产能
LFP中试
长远锂科
钴酸锂1500
LFP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。
升级会员 