近幾年我國動力電池市場經(jīng)歷了爆發(fā)式增長，電池技術是其核心競爭力。目前動力電池主要包括磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池和三元鋰電池等體系。表 2 比較了各類鋰離子電池的性能，其中 DOD 為放電深度（Depth-of-discharge）。

磷酸鐵鋰電池支撐著中國鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)半壁江山，在各類電池中具有相當?shù)膬?yōu)點：

磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命相對較長、發(fā)熱量低、熱穩(wěn)定性好，同時磷酸鐵鋰電池還擁有良好的環(huán)境安全性。磷酸鐵鋰電池憑借著較低的價格和穩(wěn)定的性能大量應用于電動客車，市場份額呈現(xiàn)增長態(tài)勢。該材料具有安全性好、循環(huán)壽命長、成本低等優(yōu)點，是動力和儲能電池的主打正極材料。通過納米化和表面碳包覆實現(xiàn)了可較大功率放電的性能，而且很好地進行碳包覆的樣品不含酌γ-Fe2O3 和 Fe3+雜質(zhì)，在中國實現(xiàn)了世界最大的規(guī)?；a(chǎn)。

磷酸鐵鋰電池工作機理

磷酸鐵鋰正極材料是橄欖石型結構材料，六方密堆積排列，在磷酸鐵鋰正極材料的晶格中，P 占據(jù)在四面的位置，八面體的空隙位置由 Li 和 Fe 填充，晶體八面體和四面體形成了一個整體空間架構，在各個點的密切聯(lián)系下形成一種鋸齒狀的平面結構。

磷酸鐵鋰電池正極由橄欖石結構的 LiFePO4 組成，負極由石墨組成，中間是聚烯烴PP/PE/PP 隔膜，用于隔離正負極、阻止電子而允許鋰離子通過。

充電時鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)進入負極，同時電子從外電路由正極向負極移動，以保證正負極的電荷平衡，放電時鋰離子從負極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極。這一微觀結構使得磷酸鐵鋰電池具有了較好的電壓平臺和較長的使用壽命：電池的充放電過程中，其正極在斜方晶系的 LiFePO4和六方晶系的 FePO4兩相之間轉變，由于 FePO4和 LiFePO4在 200℃以下以固熔體形式共存，在充放電過程中沒有明顯的兩相轉折點，因此，磷酸鐵鋰電池的充放電電壓平臺長且平穩(wěn)；另外，在充電過程完成后，正極 FePO4 的體積相對 LiFePO4 僅減少 6.81%，而充電過程中碳負極體積輕微膨脹，起到了調(diào)節(jié)體積變化、支撐內(nèi)部結構的作用，因此，磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有較長的循環(huán)壽命

磷酸鐵鋰正極材料的理論容量是每克 170mA，實際容量是每克 140mA，振實密度是每立方厘米 0.9~1.5，工作時候的電壓是 3.4V。

磷酸鐵鋰電池具備成本和安全的優(yōu)勢

LFP 憑借其低價及強安全性在眾多正極材料中脫穎而出

鋰離子電池中正極材料占整個電池成本的 40%以上，且當前的技術條件下，整體電池的能量密度主要取決于正極材料，所以正極材料是鋰離子電池的核心開發(fā)、研究的材料，目前成熟應用的正極材料包括鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰及錳酸鋰。

（1）鈷酸鋰：有層狀結構和尖晶石結構，一般常用層狀結構，其理論容量為 270mAh/g左右，層狀結構鈷酸鋰主要應用在手機、航模、車模、電子煙、智能穿戴等數(shù)碼產(chǎn)品上。20 世紀 90 年代索尼首次使用鈷酸鋰生產(chǎn)出第一塊商業(yè)化的鋰離子電池。我國鈷酸鋰產(chǎn)品 2003 年前基本被日本戶田、日亞化學、清美化學、比利時五礦等國外廠家壟斷。當升科技 2003 年推出國內(nèi)第一款鈷酸鋰，并于 2005、2009 年分別實現(xiàn)出口韓國和日本，2010 年成為國內(nèi)第一家以正極材料為主業(yè)登陸資本市場的企業(yè)。2012 年，北大先行、天津巴莫推出第一代 4.35V 高電壓鈷酸鋰產(chǎn)品。2017 年，湖南杉杉、廈門鎢業(yè)推出 4.45V 的高電壓鈷酸鋰產(chǎn)品。

當前鈷酸鋰的能量密度和壓實密度已基本到極限，其比容量與理論容量相比還是有較大的提升空間，但是由于當前整體的化學體系限制，尤其是電解液在高電壓的體系下很容易分解，故進一步通過提升充電截止電壓提升比容量的方法受到了一定的限制，后續(xù)一旦電解液技術得到突破，其能量密度還會有提升的空間。

（2）鎳鈷錳酸鋰：一般具有綠色環(huán)保、成本低（成本僅相當于鈷酸鋰的 2/3）、安全性好（安全工作溫度可達 170℃）、循環(huán)使用壽命長（延長 45%）的優(yōu)勢。

2006 年深圳天驕、寧波金和率先推出 333、442、523 體系的三元材料。2007 至 2008年主要原材料金屬鈷的價格大幅漲價，導致鈷酸鋰和鎳鈷錳酸鋰材料的差價擴大、促進了在中國鋰電市場的應用，鎳鈷錳酸鋰材料迎來了第一個爆發(fā)期。2007 年貴州振華推出單晶型的 523 體系的鎳鈷錳酸鋰材料。2012 年廈門鎢業(yè)出口日本市場的企業(yè)。2015 年政府補貼政策引導鎳鈷錳酸鋰材料迎來了第 2 個爆發(fā)期。

當前對單晶化鎳鈷錳酸鋰研究主要通過不斷的提升鎳含量，提升充電截止電壓，來進一步的提升產(chǎn)品的能量密度，但這對電解液等相關配套材料以及鋰離子電池制造廠商的技術能力提出了更高的要求。

（3）錳酸鋰：有尖晶石結構和層狀結構，一般常用尖晶石結構的。理論容量 148 mAh/g，實際容量在 100～120mAh/g 之間，具有容量發(fā)揮較好、結構穩(wěn)定、低溫性能優(yōu)越和成本低廉等特點。但是其晶體結構容易畸變，造成容量衰減，循環(huán)壽命短。主要應用于一些對安全性要求較高，成本要求高，但對能量密度和循環(huán)要求較低的市場。如小型通訊設備、充電寶、電動工具和電動自行車、特殊場景（如煤礦）。

2003 年國內(nèi)錳酸鋰開始產(chǎn)業(yè)化，云南匯龍和盟固利率先搶占低端市場，濟寧無界、青島乾運等廠家逐漸加入，容量型、循環(huán)型、動力型產(chǎn)品多元化發(fā)展?jié)M足不同的應用市場。2008年，盟固利將錳酸鋰動力電池成功應用在電動客車上。目前錳酸鋰低端市場主要是應用于對電池性能要求相對較低的通訊類電池、筆記本電腦電池和數(shù)碼相機電池，錳酸鋰依然會保持穩(wěn)定增長的市場需求。高端市場是以車用市場為代表，對電池性能要求較，但隨著三元材料技術的不斷發(fā)展成熟，其在車用鋰電的市場份額不斷下降。

（4）磷酸鐵鋰：一般具有穩(wěn)定的橄欖石骨架結構，放電容量可以達到理論放電容量的95%以上，安全性能優(yōu)異，對于過充的承受力很好，循環(huán)壽命長，并且價格低廉。但其能量密度限制難以解決，而電動汽車用戶卻不斷提升續(xù)航需求。

1997 年橄欖石型磷酸鐵鋰首次被報道可用作正極材料。北美的 A123、Phostech、ValeNce 較早實現(xiàn)了量產(chǎn)，但由于國際新能源汽車市場不如預期，不幸破產(chǎn)被收購，或停產(chǎn)。臺灣的立凱電能、大同尚志等廠商以來大陸訂單，在國內(nèi)磷酸鐵鋰廠商技術和產(chǎn)能趕超的情況下發(fā)展趨緩。2001 年我國啟動磷酸鐵鋰的材料開發(fā)，目前我國磷酸鐵鋰正極材料研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展居于全球前沿，磷酸鐵鋰材料得到了蓬勃的發(fā)展。

磷酸鐵鋰正極材料在應用的時候體現(xiàn)了良好的熱穩(wěn)定性能、安全可靠性、低碳環(huán)保性，是大型電池模塊的首選正極材料。但是磷酸鐵鋰正極材料的堆積密度較低、體積能量密度不高、應用范圍有限。針對磷酸鐵鋰正極材料的應用局限，相關人員可以通過在其中摻雜高價金屬陽離子、表面包覆導電材料的方法來提升這種材料的電導率。經(jīng)過一段時間的發(fā)展，磷酸鐵鋰正極材料逐漸發(fā)展成熟，被人們廣泛的應用在多個領域，比如電動汽車領域、電動自行車領域、移動電源設備、儲能電源領域等。

磷酸鐵鋰正極材料因其高安全性，加上循環(huán)壽命長、資源豐富、價格較低的獨特優(yōu)勢電動汽車尤其是電動客車領域得到廣泛應用。

但磷酸鐵鋰正極材料橄欖石晶體結構固有的缺陷，如電導率低、鋰離子擴散系數(shù)小等造成其能量密度低、低溫性能差和倍率性能差等缺點在一定應用領域?qū)⑹艿较拗啤８纳破淙秉c的方式主要有表面包覆改性、體相摻雜改性等手段。

文章來源：西南證券