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磷酸铁锂

发布时间：

2025-04-15

磷酸铁锂是一种重要的锂离子电池正极材料，具有高能量密度、长循环寿命等优点，被广泛应用于电动汽车、储能系统等领域。

一、磷酸铁锂的诞生与发展

1997 年，美国德州大学古迪纳夫所在团队提出了磷酸铁锂电池，为电池领域带来了新的希望。2004 年，第一款磷酸铁锂动力电池问世并进入中国市场，从此开启了它在全球范围内的应用之旅。2009 年，磷酸铁锂电池开始应用于储能领域，进一步拓展了其应用范围。此后，随着技术的不断进步，磷酸铁锂电池逐渐克服了自身的一些短板，在 2020 年迎来了发展的新高峰。

二、磷酸铁锂电池的结构与工作原理

（一）结构组成

磷酸铁锂电池由正极磷酸铁锂材料、负极（一般为石墨）、聚合物隔膜、电解液组成，并由金属外壳封装。电池的正极与负极分别连接铝箔和铜箔，各部分协同工作，确保电池的稳定运行。

（二）工作原理

其充放电工作依赖于锂离子在正负极之间的移动。充电时，锂离子从正极脱嵌，经电解质嵌入负极；放电时锂离子从负极脱嵌，经电解质嵌入正极。在这个过程中，电池实现了电能与化学能的相互转化。

三、磷酸铁锂电池的性能特点

（一）优点

安全性高：磷酸铁锂晶体中的 P-O 键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，在针刺或短路实验中，虽有小部分样品出现燃烧现象，但未出现一例爆炸事件。
循环寿命长：长寿命铅酸电池的循环寿命在 300 次左右，最高也就 500 次，而磷酸铁锂动力电池循环寿命达到 2000 次以上，标准充电（5 小时率）使用，可达到 2000 次，理论寿命将达到 7-8 年。
高温性能好：磷酸铁锂电热峰值可达 350℃-500℃，而锰酸锂和钴酸锂只在 200℃左右，工作温度范围宽广（-20℃-+75℃）。
无记忆效应：可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。
环保：该电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS 认证通过），无污染，符合欧洲 ROHS 规定，为绝对的绿色环保电池。
成本优势：相较于三元锂电池，磷酸铁锂电池的正极材料不含钴等稀有金属，成本更低。随着技术的发展和规模化生产，其成本优势愈发明显。

（二）缺点

耐低温性能较差：在低温环境下，电池的性能会受到较大影响，如容量衰减、充放电效率降低等。
电子导电率低：这在一定程度上限制了电池的充放电速度和倍率性能。

四、磷酸铁锂电池的制备与回收

（一）制备方法

固相反应法：将锂的碳酸盐（或磷酸盐、氢氧化物）、磷酸二氢铵、草酸亚铁（或磷酸亚铁、醋酸亚铁）混合，在 500-800 摄氏度下高温煅烧数小时，生成粉末状磷酸铁锂。该方法所需设备和制作工艺简单，适合工业化生产，但产物的电化学性能较差。
水热法：在高温高压下，在水或蒸汽等流体中制备磷酸铁锂的反应。此方法制备过程简单且所制得的产品粉体粒径小，但只适合少量粉体制备，制备量过大时造价会升高。
溶胶 - 凝胶法：使用前驱体溶液合成凝胶，并在一定条件下热处理凝胶，以制备磷酸铁锂粉体。该方法制备的粉体颗粒粒径小、分布窄、烧结性能好，且设备简单、制备过程易于控制，但合成周期较长、难以用于工业化生产。

（二）回收方法

正极材料回收
- 湿法冶金回收：采用无机酸将正极材料废料中的锂、铁、磷等元素完全浸出，再通过添加氧化剂将浸出液中的亚铁离子氧化为铁离子，而后调节 pH 值促使氧化后的铁离子与浸出液中的磷酸根结合为磷酸铁沉淀，从而与溶液中其他离子分离。该技术仍面临试剂浪费、过程复杂低效等问题。
- 再生修复法：以短工艺将废旧材料再生为新材料，可用于制备磷酸铁锂电池正极材料。该工艺流程短，所需试剂成本较低，修复所得产品具有较高的附加值，经济效益良好。
负极材料回收：负极中，铜箔价格昂贵且回收工艺简单，具有高回收价值，回收的石墨粉通过改性后有望循环应用于电池生产中。负极以水系黏结剂为主，黏结剂可以直接在水溶液中进行溶解，负极材料和集流体铜箔通过简单工艺可以实现分离。
电解液回收
- 真空热解处理法：在回收废旧电池过程中同时处理电解液。将拆分的正极材料置于真空炉中，系统压力小于 1kPa，高温加热使得挥发物进入冷凝器并冷凝，而不可压缩的气体通过真空泵抽出，最后进行富集回收。
- 有机溶剂萃取回收处理：通过加入适当的有机溶剂作为萃取剂，把电解液转移到萃取剂中，萃取后利用萃取产物溶液中各成分的不同沸点，进行蒸馏或分馏，收集或分离电解液。
- 超临界回收方法：指以超临界二氧化碳为萃取剂，分离锂离子电池隔膜以及活性物质中吸附的电解液的过程。

五、磷酸铁锂电池的应用领域

（一）新能源汽车领域

国内市场：根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据，自 2021 年起，磷酸铁锂电池市场份额就已经超越三元锂电池。2024 年前 7 个月，我国动力电池累计装车量达到 244.9GWh，同比增长 32.8%，其中，磷酸铁锂电池累计装车量达到 171.1GWh，占总装车量的 69.9%，同比增长 36.3%。众多国内车企纷纷拥抱磷酸铁锂电池，如吉利汽车发布的自研自产的最新一代 “刀片式” 磷酸铁锂电池 —— 神盾短刀电池，具有长度较短、能量密度更高、体积利用率更高、成组排布更加灵活、适配性更广泛等特点。
国外市场：2024 年以来，欧洲的磷酸铁锂大潮开始加速。7 月，雷诺正式下发 39GWh 的磷酸铁锂电池订单，将供旗下 59 万辆电动汽车应用。大众汽车早前已宣布，会将磷酸铁锂电池作为其入门级电动车型的首选能源方案；梅赛德斯 - 奔驰自 2024 年及 2025 年起，将在其下一代电动车型，如 EQA 与 EQB 系列中，全面引入磷酸铁锂电池。此外，Stellantis 集团也与多家欧洲电池供应商达成合作协议，大规模采购磷酸铁锂电池单元与模块。韩国 LG 新能源也将于 2025 年下半年开始向雷诺旗下电动汽车部门 Ampere 供应约 59 万辆电动汽车所需的磷酸铁锂电池，这将是 LG 新能源首次大规模供应磷酸铁锂电池。

（二）储能领域

在储能领域，磷酸铁锂电池凭借其安全性高、循环寿命长等优势，被广泛应用于电网储能、分布式储能等项目中。例如，2009 年，A123 公司将一个 2MW 的集装箱式磷酸铁锂电池储能系统接入宾夕法尼亚州电网，同时，将 2 个兆瓦级的柜式磷酸铁锂电池储能系统分别接入了加利福尼亚州的两个风电场。

六、磷酸铁锂电池的市场竞争格局

目前，磷酸铁锂电池市场竞争激烈，主要制造商有比亚迪、国轩高科、宁德时代、LG 新能源等。宁德时代作为全球动力电池龙头企业，不断推出新技术和新产品，如 2023 年 8 月 16 日发布的全球首款采用磷酸铁锂材料并可实现大规模量产的 4C 超充电池 —— 神行超充电池，该款电池不仅实现了 “充电 10 分钟，续航 400 公里” 的超快充速度，还能达到 700 公里以上的续航里程，全面开启新能源车的超充时代。比亚迪在磷酸铁锂电池领域也具有深厚的技术积累，其刀片电池通过结构设计创新，提升了电池的能量密度和安全性，在市场上获得了广泛认可。国轩高科也在不断加大研发投入，推动磷酸铁锂电池技术的发展，如应用硅负极材料的磷酸铁锂电池。

七、磷酸铁锂电池的未来发展趋势

随着全球对新能源的需求不断增加，磷酸铁锂电池作为一种重要的储能技术，将迎来更广阔的发展空间。未来，磷酸铁锂电池将朝着提高能量密度、改善低温性能、降低成本、提高回收利用率等方向发展。同时，随着技术的不断进步，磷酸铁锂电池有望在更多领域得到应用，如航空航天、船舶等。此外，随着磷酸锰铁锂、固态电池、富锂锰基电池、钠离子电池等新电池技术路线的出现，市场竞争将更加激烈，磷酸铁锂电池需要不断创新和突破，以保持其市场竞争力。

关键词：

磷酸铁锂

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