隨著世界各國(guó)對(duì)新能源電池產(chǎn)業(yè)的政策傾斜，鋰離子動(dòng)力鋰電池作為21世紀(jì)發(fā)展的理想能源，越來(lái)越受到大家的關(guān)注。自鋰離子電池在便攜式電器如手提電腦、攝像機(jī)、移動(dòng)通訊中得到普遍應(yīng)用以后，最近兩三年中，世界一流鋰電公司對(duì)鋰離子動(dòng)力鋰電池商業(yè)化生產(chǎn)的成功，不僅給UpS、移動(dòng)激光電源、移動(dòng)照明電源、移動(dòng)通訊設(shè)備、特種領(lǐng)域、特種航天領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了實(shí)質(zhì)進(jìn)展，更給汽車行業(yè)以動(dòng)力電源取代傳統(tǒng)能源的愿望帶來(lái)了希望。

如此廣闊的市場(chǎng)前景，使得鋰離子動(dòng)力鋰電池商業(yè)化生產(chǎn)成為人們最為關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)鋰電行業(yè)的相關(guān)公司自然不會(huì)放過(guò)這個(gè)機(jī)遇，紛紛開(kāi)始試制或批量生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力鋰電池。

生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力鋰電池必然要對(duì)正極材料進(jìn)行選擇。雖然從理論上講，可以供應(yīng)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(lái)只有磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料。假如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(dòng)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(guò)世界各國(guó)材料研究人員不懈的努力，我們對(duì)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(shí)。

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離子電池和錳酸鋰離子電池各自存在的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，具體比較如下表所示：

真正從事鋰電工作的人們對(duì)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(dòng)力鋰電池的正極材料并不存在著誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣的巨大差異。但是對(duì)行外人士來(lái)說(shuō)，就很容易被磷酸鐵鋰下列的幾個(gè)特點(diǎn)所迷惑：

1）常溫和較高溫度下循環(huán)性能極佳。

這是因?yàn)樗邆溟蠙焓Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在室溫直至80℃的情況下呈現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)室制備的單體電池在進(jìn)行1C的循環(huán)測(cè)試時(shí)，有創(chuàng)下2000次的記錄。

2）用它制備的鋰離子動(dòng)力鋰電池在安全性能上表現(xiàn)良好。

盡管這是因?yàn)槠涔ぷ麟妷浩脚_(tái)只有3.3V所致，但是人們往往忽視這一點(diǎn)。

3）原材料豐富。

這一點(diǎn)很容易讓人們聯(lián)想到磷酸鐵鋰制備簡(jiǎn)單和低成本。

目前現(xiàn)在國(guó)內(nèi)某些鋰電公司正是憑借著行外人士的模糊認(rèn)識(shí)，通過(guò)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(shuō)得一無(wú)是處。假如僅僅是個(gè)別的商業(yè)性炒作倒也無(wú)可厚非，但是當(dāng)這種不負(fù)責(zé)任的做法逐漸被整個(gè)行業(yè)所默認(rèn)時(shí)，就令人匪夷所思了。

本文希望通過(guò)對(duì)磷酸鐵鋰和錳酸鋰的性能分析，還給它們一個(gè)公正和客觀的評(píng)價(jià)。

首先我們來(lái)看看鋰電行業(yè)生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力鋰電池的情況。

世界上生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力鋰電池最為成功的頂級(jí)鋰電公司有美國(guó)A123、加拿大的E-ONeMoli、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，其他公司所使用的正極材料均是以錳酸鋰為重要成分。再?gòu)?008年國(guó)際動(dòng)力鋰離子電池商業(yè)生產(chǎn)份額來(lái)看，以錳酸鋰為主體正極材料的鋰離子動(dòng)力鋰電池占了整個(gè)市場(chǎng)的90%以上。由此可見(jiàn)，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(dòng)力鋰電池的首要選擇。

我國(guó)的鋰電行業(yè)目前對(duì)鋰離子動(dòng)力鋰電池可以實(shí)現(xiàn)初步商業(yè)量產(chǎn)化的公司大約有：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(dòng)力鋰電池均是使用錳酸鋰為主體的正極材料。

假如上述情況仍然不能讓大家明白的話，我們?cè)俟?yīng)一些實(shí)例做進(jìn)一步的說(shuō)明。這里我們以江蘇錳克電池有限公司的錳系鋰離子動(dòng)力鋰電池與國(guó)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(dòng)力鋰電池做一些同等狀態(tài)下的放電測(cè)試。測(cè)試過(guò)程和結(jié)果如下所示：

1.18650圓柱形樣品測(cè)試前參數(shù)一覽表：

2.18650圓柱形樣品單體倍率放電測(cè)試程序：

測(cè)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，磷酸鐵鋰離子電池=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

關(guān)于動(dòng)力鋰電池來(lái)說(shuō)，高倍率放電是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。通過(guò)上述倍率放電的測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，錳克公司錳酸鋰系列的動(dòng)力鋰電池可以承受高達(dá)30A的電流放電。而深圳某公司的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰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(shí)在承受大電流放電的時(shí)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(dòng)力鋰電池在超過(guò)10A電流放電時(shí)，容量達(dá)不到900mAh。值得注意的是：磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰電池均沒(méi)有達(dá)到制造公司所給出的標(biāo)稱容量，也就是說(shuō)，它們的實(shí)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(dòng)工具的制造商們一定會(huì)很清楚。因?yàn)楸容^專業(yè)的電動(dòng)工具其正常工作電流通常在15-20A，假如遇到堵轉(zhuǎn)的話，瞬時(shí)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(dòng)力鋰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(dòng)工具的基本工作指標(biāo)。

也許有人會(huì)說(shuō)，單節(jié)磷酸鐵鋰離子電池電壓容量達(dá)不到，串并聯(lián)起來(lái)不就可以了嗎？話是不錯(cuò)的，但是串并聯(lián)后大大新增了的使用量，新增了體積和重量，無(wú)論是成本上還是使用上都帶來(lái)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(duì)而言，MNKE電池更容易成為電動(dòng)工具制造商的首選。

4.18650圓柱形樣品單體溫度放電測(cè)試程序：

充電電流1C*，充電截止電壓：錳克電池=4.2V，磷酸鐵鋰離子電池=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離子電池在-20℃以下可以正常放電，而河北和深圳的磷酸鐵鋰離子電池在-20℃時(shí)不能放電，在-10℃的情況下已經(jīng)不能正常放電，放出的容量?jī)H為標(biāo)稱容量的30％，同時(shí)工作電壓平臺(tái)傾斜不穩(wěn)，根本不能供應(yīng)正常的工作的效能。

磷酸鐵鋰離子電池的低溫性能是令人擔(dān)心的。盡管人們通過(guò)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(guò)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(guò)加入額外的導(dǎo)電劑新增電子導(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(diǎn)，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。

電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車等利用電池作為移動(dòng)能源的設(shè)備，在考慮容量的同時(shí)，也要考慮到工作環(huán)境的要求，其中溫度是個(gè)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(dòng)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(dòng)力鋰電池相比較，它的優(yōu)越性不言而喻。

總結(jié)

從上述的比較看，國(guó)內(nèi)一些磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰電池遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到商業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)。原因重要是有下列幾點(diǎn)：

1）磷酸鐵鋰材料的振實(shí)密度和導(dǎo)電率差，這個(gè)問(wèn)題在國(guó)內(nèi)還沒(méi)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(lái)交流內(nèi)阻比較低，但因?yàn)閷?dǎo)電率問(wèn)題未得到解決，產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中直流內(nèi)