磷酸鋰鐵 電池

maxpoison255

磷酸鋰鐵（分子式LiFePO4，又稱磷酸鐵鋰、鋰鐵磷，簡稱LFP），是一種鋰離子電池的正極材料，也稱爲鋰鐵磷電池，特色是不含鈷等貴重元素，原料價格低且磷、鋰、鐵存在于地球的資源含量豐富，不會有供料問題。其工作電壓適中（3.2V）、電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且迴圈壽命長，在高溫與高熱環境下的穩定性高。

        這種橄欖石結構的鋰電池正極材料，已經有多家上游專業材料廠展開量産，預料將徹底大幅擴張鋰電池的應用領域，將鋰電池帶到擴展至電動自行車、油電混合車與電動車的新境界；日本東京工業大學由山田淳夫教授所領導的一個研究小組，在2008年8月11日出版的《自然·材料》報告說，磷酸鋰鐵離子電池將會被用作清潔環保的電動汽車的動力裝置，其前景被普遍看好。由山田淳夫教授所領導的東京工業大學與東北大學的聯合研究人員，使用中子射線照射磷酸鐵，然後分析中子和物質之間的相互作用來研究鋰離子在磷酸鐵中的運動狀態。研究人員的結論是，在磷酸鋰鐵中，鋰離子按照一定方向筆直地擴散開去，這與鋰離子在現有的鈷等電極材料中的運動方式不同。這樣的結論與原先推估的理論完全一致，使用中子繞射分析的結果，更加證實了磷酸鋰鐵（分子式LiFePO4，又稱磷酸鐵鋰，簡稱LFP）可以確保鋰電池的大電流輸出輸入的安全性。
        首先採用這種鋰電池材料的油電混合車是GM的CHEVROLET Volt，這部插電式油電混合車（PHEV）將在2010年正式在市面上銷售，它突出的省油性能與駕控的舒適，使得它尚未銷售，目前已經有將近四萬名美國民衆搶先訂購；Volt每次充電後的續航力爲60公里，若遇到長途旅程，車上則搭載了小型汽油引擎來爲電池充電，讓Volt能跑得更遠。GM相信這款PHEV能擁有150mpg的油耗表現。在日本與中國大陸則是有更多的鋰電池廠紛紛投入這種新型動力鋰電池的生産，目標市場就是電動自行車與電動公交車。
        不過儘管目前這種新一代的材料儘管已經確定會是電動自行車、油電混合車與電動車的重要動力裝置，但是在商業化的路途當中，首要面臨的障礙就是專利的壁壘，許多較早進入此一領域的企業早已完成專利的部署，導致後進者會不經意地走入專利的陷阱當中。

maxpoison255

目前LFP最上游的化合物專利，被三家專業材料公司所掌握，分別是A123的Li1-xMFePO4、Phostech的LiMPO4以及Aleees的LiFePO4•zM』，同時也已經發展出十分成熟的量産技術，其中最大的産能已可達月産250噸。A123的Li1-xMFePO4主要的特徵是奈米級的LFP，藉由物理性質的改變以及在正極材料當中添加了貴金屬，並輔佐特殊材質的石墨爲負極，使得原本導電能力較差的LFP，可以成爲商業化應用的産品；Phostech的LiMPO4主要特徵是藉由適當的碳塗布來增加電容量與導電性；Aleees的LiFePO4•zM』的主要特徵藉由前驅物在高過飽和度的狀態下，施以激烈的機械攪拌力，造成金屬氧化物與LFP發生激動起晶之作用，産生共結晶的LFP與金屬氧化物的晶核，使得原本難以控制的二價鐵與晶相成長，得到了穩定的控制，進而取得了高容量與低阻抗的LFP。
        這些上游材料的突破與快速發展，引起了鋰電池廠與汽車業者的注意，並且帶動了鋰電池與油電混合車的興盛之路；LFP電池和一般鋰電池同爲綠色環保電池，但兩者最大不同點是完全沒有過熱或爆炸等安全性顧慮，再加上電池迴圈壽命約是鋰電池的4~5倍，高於鋰電池8~10倍高放電功率（可瞬間産生大電流），加上同樣能量密度下整體重量，約較鋰電池減少30~50%，包括美國國防部的油電混合坦克車與悍馬車（近戰隱匿）、通用汽車、福特汽車、豐田汽車等業者皆高度重視LFP電池發展。A123甚至因此獲得了高達數千萬美金的政府補助，目的就是要扶植美國的鋰電池業者，利用油電混合車的發展機遇，一舉擊敗遙遙領先的日本汽車業者。 從各國發展來看，美國汽車産業界預估到2010年時全美的油電混合車將超過400萬台。美國通用汽車爲了打破日系車廠獨霸局面，決定大幅朝向設計生産「可大規模生産的電動車」，因爲現在許多美國消費者早已不堪高油價壓力，通用認爲未來汽車必須能夠使用各種能源，其中電動車將成爲關鍵。因此，GM在07年北美國際車展公開展示插電式油電混合動力車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）的概念車「Chevrolet Volt Concept」，配合GM全新開髮油電混合動力系統（E-FLEX），只要接上一般家用電源便可爲該車的磷酸鋰鐵電池充電。如果Volt Concept達到量産階段，每台車每年可減少500加侖（1,900公升）汽油消耗，也可以減少4,400公斤二氧化碳産出。

maxpoison255

面對如此銳不可擋的發展，一些工業銀行、創投基金與投資公司，早就把目光放在上游材料公司的佈局上，除了上述三家公司之外，在美國除了A123之外，ActaCell Inc.剛剛從穀歌(Google)旗下Google.org、應用材料(AMAT)風險投資部門和其他一些風險投資公司得到了580萬美元資助。ActaCell的主要業務就是將德州大學學者的成果推向市場，這個學者就是長期以發展尖晶石結構以及超導材料爲主的Arumugam Manthiram教授，他早期在UT擔任研究助理，之後逐漸升爲教授，這幾年他發現了在磷酸鐵鋰（LFP）當中，加入了昂貴的導電高分子之後，可以在實驗室做出克電容量166Ah/g的磷酸鐵鋰（LFP），並且採用微波法加速磷酸鐵鋰（LFP）陶瓷粉末快速成相。至於是否因爲加入了導電高分子，就可以突破A123、Aleees、Phostech等三家重量級業者在磷酸鐵鋰（LFP）的專利佈局，只能等到事態更加明朗方能評論。
        不過下游的應用業者的腳步可是一點都沒有因此而緩慢下來，在歐洲，BOSCH就在2008年公開承諾將持續增加電動與油電車輛科技的開發，儘管歐洲有人覺得這兩項科技可能使用的人會非常的有限，但是根據油價高漲的狀態，傳統往復式引擎或許還有20年的優勢，但是終究汽車的動力模式會轉型。( Isabelle注 : 因應中國  印度的崛起  汽油使用量成長的速度令人擔心  這是電動汽車被重視的主要原因 ) BOSCH擁有傲人的汽車科技研發歷史，由於不會向TOYOTA購買油電混合科技，所以整體研發都是BOSCH自己進行，因此像是防鎖死煞車還有TCS循迹控制系統，也將會重新設計與油電混合電腦程式組合在一起，首次經由BOSCH遞交給VW Touareg與PORSCHE Cayenne的油電車將會於2010年上市。

maxpoison255

BOSCH原先打算維持自己在燃油科技的領先地位，就如同已經在汽車安全行業的優勢，面對電力的全新汽車能源領域，BOSCH認爲有必要深入純電動動力的領域，因爲那是一項未來真實世界都會普遍使用的科技，其中電池是電動引擎動力的關鍵性科技，BOSCH與南韓SAMSUNG合作以4億美金開發鋰電池並且進行量産化，雖然距離成熟的時間預估還要四到五年，不過BOSCH無論如何都會繼續投資，以保持汽車科技上面的領先地位。
        另外歐洲一家汽車零元件的一級供應商大廠Continental，也宣佈磷酸鐵鋰（LFP）的合作夥伴有A123 Systems 及 Johnson Controls-Saft. 而Continental 將會供給電池組給Mercedes Benz，關於 Continental 提供給Bosch案子, 可能會考慮自己做或外購如向A123購買，爲了供應煉的安全，他們也買了日本小型電池廠Enax的股份, 但這家公司只能做小伏特數的産品。
        在日本的GS YUASA也不遑多讓，之後就立即公佈了將自主開發的碳負載型磷酸鐵鋰（LFP）應用於大型電池單元正極的結果。使用外形尺寸爲115mm×47mm×170mm的方形「LIM40」工業電池單元實施的試驗表明，即使以400A的大電流放電，容量也幾乎不會降低。而未使用負載碳的該公司原産品，其400A放電時的容量比40A放電時減半。另外，此次的試製品足可在-20℃的低溫下使用。
        在中國，兩家重量級的鋰電池大廠：天津力神與比克（BAK），則也宣佈了年産2000萬顆磷酸鐵鋰（LFP）的專用電池廠，分別將在2008年年底與2009年初完成建廠，總投資金額高達6億美金，至於上游的合作物件，則尚未見諸於報端，據一般的猜測，可能是三家磷酸鐵鋰（LFP）業者當中，其中一家生産工廠位於亞洲的業者。
        如此一來，在2010年以前，歐洲、美國與亞洲的磷酸鐵鋰（LFP）業者的聯盟版圖，看來已經大致底定；各家電池工藝的高低，也隨著磷酸鐵鋰（LFP）材料的高安全性與穩定性，顯得不再是那麽重要 (Isabelle注 :電池工藝還是很重要的  只能說  電池廠比較不用擔心爆炸問題 )；唯一決定勝負的恐怕還是市場價格，根據一般的估計，在2010年以前，哪一組聯盟能夠把磷酸鐵鋰（LFP）動力電池的價格下降到每瓦時0.35美金，誰就能牽動油電混合車與鋰電池自行車的高速發展，誰就會是最後的贏家。

custom911

目前我也在做這顆電池的應用 比傳統的鉛酸好很多 希望價格可以趕快降下來

j681117

謝謝大大有情分享囉~~
這是一份很好ㄉ新知喔!!

atitizz

【台北訊】菲凡能源科技公司在兩岸磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池界，技術居領先，配合中國及台灣電芯廠，設計出多種電池組，以傳統汽車啟動電池為主要市場，並跨入高爾夫球車及電動堆高機等維修領域，銀行、高科技產業及電信機房所用的不斷電系統則是下階段目標。

菲凡在台灣已有七家經銷商，內湖設有研發中心、新店設有小量生產線，大陸中山廠佔地廣達八畝。2007年西進後，與大陸電芯業者密切合作，提供技術協助，在電芯供應上取得優勢。

國內專業的鋰鐵電池封裝設計廠不多，菲凡的技術較為成熟，本身擁有電池盒、電池保護板(BMS)及充電器等多項專利，且符合RoHS及通過車測中心認證，奠定有利的競爭優勢。

atitizz

一般人對鋰鐵電池的認識並不夠，以18650規格電芯而言，若用於電動汽車，容量明顯太小(只有1.2AH)，至少需要6,000顆電芯串並聯，並要克服每顆電芯特性不同的問題；此外，受限於鎳帶不能打得太厚，對於承受數百安培電流恐怕又是另一個問題。而鋰鈷電池一般適用於手機，用於汽車恐有爆炸之虞。

該公司指出，評斷鋰鐵電池品質優劣的指標有四:充電倍率、放電倍率、自放電率及品質均一性。菲凡的車用鋰鐵電池可達到充電倍率三倍(20分鐘內充飽)、放電倍率30倍，二分鐘完全放電(瞬間電流達到900安培)、以及一個月的自放率僅1.5%，遠優於鉛酸電池的30%。

菲凡採用30Ah、50Ah電芯，放電倍率夠大，是針對汽車動力而設計，並採用大銅線加上鎖螺絲方式，還會加裝可切斷電池電源，以防止愛車被竊。

儲能所用的鋰鐵電池不同於快充快放的動力型電池，菲凡也有涉獵，現已參與大陸福建一座發電容量2GW的電廠案，並與大陸三家、台灣一家車廠洽談合作中。

hudsonshih

這是一份很好ㄉ新知喔!! Thanks!