1、动力锂离子电池正极材料路线日趋明朗LiFePO4 不可能成为主流动力电池正极材料作者 玉成 北海磷酸铁锂的热潮源于我国电动汽车弯道超车的梦想。2005 年美国 A123 公司和 Valence 公司在我国设厂生产 LiFePO4 材料并以 PACK 方式生产动力电池，几年后我国自主研发工艺的磷酸铁锂材料也达到了初步产业化水平，磷酸铁锂一经产业化，在单体电池循环性能上就表现出比普通锰酸锂更优越的性能，而同一时期的日本，电动汽车仍以镍氢为主，锰酸锂电池似乎还没有解决高温问题而普遍得到应用，致使我国有人认为在动力电池上具备了弯道超车的可能（赶超英美日是我们几代人的梦想），加上近几年磷酸铁锂性能上确实
2、也有了一些提高，基于磷酸铁锂的性能缺陷会终究解决的惯性思维，很多人把磷酸铁锂作为锂离子动力电池最理想的正极材料，并当作业内的共识，对磷酸铁锂质疑的声音也被淹没在这种所为“共识”的海洋里，神州大地掀起了一股投资磷酸铁锂的热潮，其中有一部分人是在认真的做产业化工作，而另有一部分人是炒作的成分更大一些，目的是利用“磷酸铁锂热”的机会争取国家的扶持资金和吸引资本的投资。然而现实是残酷的，在我国磷酸铁锂热火朝天的几年里，日本、韩国却悄悄地把锰酸锂电池成功的应用到了电动汽车上，并且正逐步取代镍氢电池，成为主流动力电池；在磷酸铁锂的诞生地美国，通用电动汽车 Volt 选择了韩国 LG 北美子公司的锰系动力电
3、池,磷酸铁锂的龙头老大 A123 公司却意外落选，近期又传出美国第二大汽车公司福特汽车也在考虑选择 LG 的锰系电池，也就是说代表磷酸铁锂先进水平的 A123 公司和 Valence 公司的磷酸铁锂电池双双被排斥在美国主流汽车厂商电动车应用之外。在中国，曾有人认为美国、中国动力电池走磷酸铁锂路线，日、韩走锰酸锂路线，两条路线似乎胜负难料，现在美国人做出了选择，路线业已明朗，中国的磷酸铁锂路线还能走多久？ 日本索尼开始应用磷酸铁锂，似乎这给国内磷酸铁锂迷们注入一剂强心剂，然而翻出报道看一下，索尼磷酸铁锂电池是用在储能电池上而不是电动汽车电池（也许储能电池才是磷酸铁锂真正的应用方向，可以分一杯羹）
4、。世界主流汽车厂商电动汽车电池正极材料路线： 图表来源：技术在线从上表可以看出，世界主流汽车厂商的电动汽车电池多数采用了锰系锂离子电池，而不是磷酸铁锂电池。中国何去何从？实际上，国内也有越来越多的人认识到磷酸铁锂的性能缺陷很难解决，主要集中在；磷酸铁锂产品一致性、低温性能、高倍率放电性能上，还有能量密度、电池制作成本等问题。磷酸铁锂材料生产的一致性很难解决，目前国内还没有一家磷酸铁锂材料厂能够解决的好。从材料制备角度来说，磷酸铁锂的合成反应是一个复杂的多相反应，有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐，外加碳的前驱体以及还原性气相。在这一复杂的反应过程中，很难保证反应的一致性。电池生产制作要解决一致性
5、也不容易（固然部分是因设备水平方面的原因），一致性问题使得磷酸铁锂电池配组后的实际循环寿命离它的理论循环 2000 次相差甚远，国内普遍在 600 次左右的水平（有人说更低），能做到 800-1000 次循环的已经相当不错了，这显然达不到电动汽车电池 8-10 年使用寿命的要求。低温性能差是磷酸铁锂很难应用于电动汽车的另一原因，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。对磷酸铁锂型锂离子电池测试结果表明磷酸铁锂电池在低温下（0 以下）即使有超级电容作为辅助启动电源，电动汽车也很难正常行驶。尽管也有厂家宣称磷酸锂铁电池在低温下容量保持率还不错，但那是在放电电流较小和放电截止电压很低的情况下。在这
6、种状况下，设备根本就无法启动工作。磷酸铁锂的倍率性能也达不到电动汽车启动、爬坡等瞬间大电流放电的要求，倍率性能从材料生产上通过纳米化和碳包覆可以得到改善，但仍很难达到电动汽车瞬间高倍率放电的要求。磷酸铁锂的能量密度也太低，尽管目前还没有任何商业化的材料可以达到理想的能量密度，但日本的锰系电池可以达到 100-120Wh/kg,而磷酸铁锂电池只有60Wh/kg 左右。磷酸铁锂的能量密度很难有大的提高。磷酸铁锂材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低。磷酸铁锂的纳米化和碳包覆尽管提高了材料的电化学性能，但是也带来了其它问题，如能量密度的降低、合成成本的提高、电极加工性能不良以及对环境要求苛
7、刻等问题。尽管磷酸铁锂中的化学元素 Li，Fe 与 P 很丰富，成本也较低，但是制备出的磷酸铁锂产品成本并不低，即使去掉前期的研发成本，该材料的工艺成本加上较高的制备电池的成本，会使得最终单位储能电量的成本较高。有人说的磷酸铁锂原材料来源丰富、成本可以大幅度降低纯粹是臆测，另外的例子是硅砂到处都是，来源丰富，但单晶硅、多晶硅的制造成本却居高不下。从去年以来尤其是今年，业界传出越来越多的磷酸铁锂不适用于电动汽车动力电池的信息：去年底，日产汽车公司 EV 科技研发部工程总监宫本丈司在接受汽车商业评论采访时表示：产品一致性是电池生产过程中一个非常关键的环节，我们在生产环节方面的控制非常谨慎，这又回到
8、日产为何选择锰酸锂电池，而非在中国呈主流的磷酸铁锂电池话题上，我们是从材料品质的稳定性来考虑的。我们认为，至少在现阶段，磷酸铁锂电池材料本身的安定性还没办法解决。问：是不是可以说业界认为锰酸锂是目前最好的正极材料？宫本丈司：从结果上来看，业界可以这样理解。2010 年 1 月 9 日，由北京大学光华管理学院主办，北京大学 MBA 联合会承办的第十一届光华新年论坛上，工信部副部长苗圩表示：理论上算磷酸铁锂已经走到了尽头，再想加大密度几乎不可能。那就要期待有一种更好的电池来取代。据今年 5 月国际能源网报道：截至 2010 年，国外巨头已进入 4 家整车企业供应体系中国动力锂电池行业不仅面临自身的
9、产能过剩困扰，同时也面对国外动力锂电池巨头的激烈竞争。截止 2010 年，国外锂电巨头通过合资建厂或签订供应协议的方式，陆续进入中国电动汽车动力锂电池的供应体系。其中，美国 A123 Systems 以合资建厂方式进入上汽的供应体系。2009 年12 月，上海汽车和美国 A123 Systems 合资建立上海捷新动力电池系统有限公司，共同开发、生产和销售车用动力锂电池。韩国 SK 能源、韩国 LG 化学、丹麦 Lynx 则以供应协议的方式于 2010 年先后进入中国整车厂的供应体系。2010 年年初，北汽和韩国电动车制造企业 CT45）会使得性能迅速恶化，无法满足电动车辆对其长寿命的要求。)另
10、有一动力锂电池正极材料评述指出：从目前情况来看， LiFePO4 并不是主流的动力锂离子电池正极材料，动力型锂离子电池要求能够高倍率充放电；动力锂离子电池的另一个要求是低温性能。从材料本身看来，LiFeP04 目前还很难兼顾低温性能和轻便小巧的要求。从材料特性上看，LiFePO4 的能量密度比较低，导致生产出来的电池体积较大； LiFePO4的电子电导率低，必须加入碳黑或进行改性才能够提高其电导率，但这样又会导致体积变大，增加电解液；LiFeP04 在低温下电子电导率更低，其低温性能是其应用于动力电池的另一障碍。从技术成熟度上看，由于 LiFeP04 在锂离子电池的应用时间远远短于 LiCo0
11、2 和 LiMn204，还停留在产品应用的初级阶段，目前不可能成为动力型锂离子电池的主流正极材料。伊廷锋，岳彩波，朱彦荣，诸荣孙，胡信国动力锂离子电池正极材料的研究评述在认识到磷酸铁锂并非理想的动力电池正极材料后，人们开始关注新一代固溶体类正极材料 Li2MnO3-LiMO2（也许是新一代正极材料有可能在十年之内实现产业化，才打破了有些人对磷酸铁锂的梦想），按日本 NEDO 电动车动力电池发展规划，到 2020 年功率型锂离子电池能量密度达到 200Wh/kg,能量型能量密度达到 250Wh/kg，但 2020 年新一代固溶体类材料能否完全成熟，谁也不能完全肯定，只能说可能性非常大。而有一点是
12、肯定的，就是锰系正极材料仍是目前最成熟最可靠的锂离子动力电池材料（需要指出的是，只有高端锰系材料才能胜任）。关于磷酸铁锂材料，也许还没等制约它应用的缺陷得到根本解决（也许根本就解决不了），新一代性能更加优异的材料却开始进入实用化，磷酸铁锂电池面临着如同镍氢电池一样的尴尬。另外，在认识到磷酸铁锂不可能成为动力型锂离子电池的主流正极材料后，也有人走向另一端，重拾燃料电池最有希望的论调，而不提现实的选择。然而地球人都知道，燃料电池的民用化还有相当长的路要走，也许几十年后才能达到真正的实用化，尽管燃料电池被普遍认为是未来可认知范围内的终极希望。当时提出弯道超车并没有错，毕竟在一批有远见的院士、学者的积
13、极奔走、呼吁下，和国家有关部门领导人的支持下，我国电动汽车正式纳入了国家战略，使我国的电动汽车发展与发达国家在同一条起跑线上起步，磷酸铁锂的最大历史贡献可能在于，它极大地激发了我国研发电动汽车的热情和积极性，为我国的电动汽车发展奠定了基础。然而技术的发展毕竟要求真务实，现在国内已经有了国际领先的综合性能指标超过磷酸铁锂的锰系正极材料，适合于锰系材料的电解液、负极体系也在逐步完善。发现了技术路线有所偏差，就应积极的调整发展思路。我们有理由担心，假如我国动力电池生产厂家和汽车厂商继续陷在磷酸铁锂的迷雾里不能自拔，不能实事求是的及时调整路线，国人努力掌握电动车自主知识产权，摆脱国外核心技术控制的“弯道超车”梦想不久就会破灭，就仍然摆脱不了电动汽车电池核心技术掌控在外国人手里的宿命。国外锂电巨头通过合资建厂或签订供应协议的方式，陆续进入中国电动汽车动力锂电池的供应体系，已经敲响了警钟。
