摘要：  本文对锂离子电池的正极材料——磷酸铁锂的结构、制作、性能、应用及发展前景作了较详细的描述，希望在不久的将来，通过我国业界的共同努力，这种新能源电池能得到长足发展，造福于人类。

关键字：  锂离子电池，正极材料，磷酸铁锂，制作技术，发展前景

1 慨述
电动汽车行业发展可谓风起云涌，而车用动力电池作为其中的重要组成部分，已经引起学术界、投资界和产业界的高度关注。目前，已经在各种车辆上实现应用的电池种类主要有铅酸电池、镍氢电池与锂离子电池三种。由于铅酸电池污染大、克容量小，其成本优势不足以抵消其劣势，故在车辆动力方面至今仅在小型电动自行车等领域得以应用；镍氢电池现为混合动力汽车领域应用的主要产品，其制造工艺成熟，购置和使用成本较低，故而在短期内仍将是混合动力汽车的首选，但其自放电率高、比能量较小，记忆效应和充电发热等方面的问题直接影响到其使用，这使镍氢电池可能只是作为过渡产品存在；而锂离子电池是九十年代发展起来的高容量可充电电池，能够比镍氢电池存储更多的能量，比能量大、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应，完全满足对体积、寿命、功率等要求较高的乘用车方面的需求、性价比高等，因此已成为便携式电子产品可充式电源的主要选择 而且也成为今后纯电动汽车应用的理想产品。
锂离子电池的正极材料种类较多，主要品种有钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴三元材料及磷酸铁锂等，其中钴酸锂是现有正极材料中工业化程度最高、技术最成熟、产量最大的品种，主要用于手机、数码产品等小型电池领域，但由于原材料钴和镍金属的价格高昂，污染较重，且电池在大型化后，会有过热着火或爆炸的危险。故相对而言，正极材料若为锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂的锂离子电池安全性能更好，成本更为低廉，所以目前锂离子电池的正极材料产业的投入主要集中于这几种材料之上。其中，磷酸铁锂由于具有上述另外两种材料所不具备的循环寿命和材料成本方面的潜在优势，而被业界普遍看好，代表着动力电池正极材料的未来发展方向。
锂离子电池是以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物，分别作为电池的正极和负极的二次电池体系。充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，经过电解质后插入到负极材料的晶格中，使得负极富锂，正极贫锂；放电时锂离子从负极材料的晶格中脱出，经过电解质后插入到正极材料的晶格中，使得正极富锂，负极贫锂。这样正负极材料在插入及脱出锂离子时相对于金属锂的电位的差值，就是电池的工作电压。
2 磷酸锂铁的结构
磷酸锂铁（分子式：LiFePO4，英文：Lithium iron phosphate，又称磷酸铁锂、锂铁磷，简称LFP），是一种锂离子电池（可另外参见锂电池）的正极材料，也称为锂铁磷电池，特色是不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、锂、铁资源丰富，不会有材料供应问题。其工作电压适中(3.2V)、电容量大(170mAh/g)、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，在高温与高热环境下的稳定性高。这个引发锂电池革命的新材料，为橄榄石结构分类中的一种，矿物学中的学名称为 triphyllite，是从希腊字的 tri- 以及 fylon 两个字根而来，在矿石中的颜色可为灰色，红麻灰色，棕色或黑色，相关的矿物资料可参考。LiFePO4 正确的化学式应该是 LiMPO4，物理结构则为橄榄石结构见（图1），而其中的 M 可以是任何金属，包括 Fe、Co、Mn、Ti 等等，由于最早将 LiMPO4 商业化的公司所制造的材料是 C/LiFePO4，因此大家就习惯地把 Lithium iron phosphate 其中的一种材料 LiFePO4 当成是磷酸铁锂。然而从橄榄石结构的化合物而言，可以用在锂离子电池的正极材料并非只有 LiMPO4 一种，据目前所知，与 LiMPO4 相同皆为橄榄石结构的 Lithium iron phosphate 正极材料还有 AyMPO4、Li1-xMFePO4、LiFePO4･MO 等三种与 LiMPO4 不同的橄榄石化合物（均可简称为LFP）。磷酸锂铁化学分子式的表示法为：LiMPO4，其中锂为正一价；中心金属铁为正二价；磷酸根为负三价，中心金属铁与周围的六个氧形成以铁为中心共角的八面体 FeO6，而磷酸根中的磷与四个氧原子形成以磷为中心共边的四面体 PO4，借由铁的 FeO6 八面体和磷的 PO4 四面体所构成的空间骨架，共同交替形成 Z 字型的链状结构，而锂离子则占据共边的空间骨架中所构成的八面体位置，晶格中 FeO6 通过 bc 面的共用角连结起来，LiO6 则形成沿着 b 轴方向的共边长链，一个 FeO6 八面体与两个 LiO6 八面体和一个 PO4 四面体共边，而 PO4 四面体则与一个 FeO6 八面体和两个 LiO6 八面体共边。在结晶学的对称分类上属于斜方晶系中的 Pmnb 空间群，单位晶格常数为 a=6.008Å，b=10.334Å，c=4.693Å，单位晶格的体积为 291.4Å3。由于结构中的磷酸基对整个材料的框架具有稳定的作用，使得材料本身具有良好的热稳定性和循环性能。
LiMPO4 中的锂离子不同于传统的正极材料 LiMn2O4 和 LiCoO2，其具有一维方向的可移动性，在充放电过程中可以可逆的脱出和迁入并伴随着中心金属铁的氧化与还原。而 LiMPO4 的理论电容量为 170mAh/g，并且拥有平稳的电压平台 3.45V。其锂离子迁入脱出的反应如(1)式：
 LiFe(Ⅱ)PO4Fe(Ⅲ)PO4+Li++e-                           (1)
锂离子脱出后，生成相似结构的 FePO4，但空间群也为 Pmnb，单位晶格常数为 a=5.792Å，b=9.821Å，c=4.788Å，单位晶格的体积为 272.4Å3，锂离子脱出后，晶格的体积减少，这一点与锂的氧化物相似。而 LiMPO4 中的 FeO6 八面体共顶点，因为被 PO43-四面体的氧原子分隔，无法形成连续的 FeO6 网络结构，从而降低了电子传导性。另一方面，晶体中的氧原子接近于六方最密堆积的方式排列，因此对锂离子仅提供有限的通道，使得室温下锂离子在结构中的迁移速率很小。
在充电的过程中，锂离子和相应的电子由结构中脱出，而在结构中形成新的 FePO4 相，并形成相界面。在放电过程中，锂离子和相应的电子迁入结构中，并在 FePO4 相外面形成新的 LiMPO4 相。因此对于球形的正极材料的颗粒，不论是迁入还是脱出，锂离子都要经历一个由外到内或者是由内到外的结构相的转换过程。材料在充放电过程中存在一个决定步骤，也就是产生 LixFePO4 / Li1-xFePO4 两相界面。随着锂的不断迁入脱出，界面面积减小，当到达临界表面积后，生成的 FePO4 电子和离子导电率均低，成为两相结构。因此，位于粒子中心的 LiMPO4 得不到充分利用，特别是在大电流的条件下。若不考虑电子导电性的限制，锂离子在橄榄石结构中的迁移是通过一维通道进行的，并且锂离子的扩散系数高，并且 LiMPO4 经过多次充放电，橄榄石结构依然稳定，铁原子依然处于八面体位置，可以做为循环性能优良的正极材料。在充电过程中，铁原子位于八面体位置，均处于高自旋状态。[#page#]
目前 LFP 材料本身较差的导电性和较低的锂离子扩散系数一直是阻碍其实用化的最主要原因，因而促使国内外学者在提高 LiMPO4 的导电能力的方面展开了研究。但由于其极低的电子导电率(10-10~10-9 S/cm)是限制其实际应用的最主要因素。美国A123 已经能够透过包覆、取代、制备成纳米级材料等改质的方法来克服此一缺点。加入导电物质是为了提高脱锂后的FePO4 的电子导电性，可以在 LiMPO4 粉末间引入分散性能良好的导电剂，例如碳黑或碳，可以明显提高粒子间的导电性能，使得 LiMPO4 的利用效率提高，可逆电容量可以达到理论值的95%，即使是在5C的大电流充放电条件下循环性能表现亦十分良好。
另外，利用无机氧化物进行表面包覆的方法亦是提高结构稳定性增加材料导电度的手段之一，在传统的 LiCoO2 中包覆后的循环性能有了明显的提高，并且包覆层可以防止钴的溶解，抑制电容量的衰退，同样地，将 LiMPO4 晶粒进行无机物（如 ZnO[7] 或 ZrO2[8]）的表面包覆，除了可以改善循环寿命上的表现，亦可增进电容量与大电流放电时的表现。
日本三井造船与 Aleees 则发表加入其他具有导电性能的金属如铜或银的粒子也可以达到同样的效果，加入1%重量百分比的金属后，可逆容量可达140mAh/g，而且大电流放电性能都比较理想。
为了提高 LiMPO4 的利用效率，也可以进行铁原子位置或锂原子位置的取代，美国A123 与 VALENCE 曾经发表以镁、钛、锰、锆、锌进行取代；以锌的取代为例，由于锌的离子半径与铁的离子半径相近，因此以锌原子取代之后，LiMPO4 的结晶性有一定程度的提高。而借由循环伏安法的量测可以看出，经由金属原子取代之后的 LiFe1-xMxPO4，锂离子迁入和脱出的可逆性可以得到提升，并且也抑制了二价铁离子在脱出锂后变为三价铁时，晶格体积变小后产生往返路径变化的影响。
3 磷酸锂铁的发展历程
自1996年日本的 NTT 首次揭露 AyMPO4（A为碱金属，M 为 Co Fe 两者之组合：LiFeCoPO4）的橄榄石结构的锂电池正极材料之后，1997年美国得克萨斯州立大学 John. B. Goodenough 等研究群，也接着报道了 LiFePO4 的可逆性地迁入脱出锂的特性[1]，美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4)，使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的 LiMn2O4 和层状结构的 LiCoO2 相比，LiMPO4 的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。
LFP 橄榄石结构的锂电池正极材料，已经有多家专业材料厂展开量产，预料将彻底大幅扩张锂电池的应用领域，将锂电池带到扩展至电动自行车、油电混合车与电动车的新境界；日本东京工业大学由山田淳夫教授所领导的一个研究小组，在2008年8月11日出版的《自然•材料》报告说，磷酸锂铁离子电池将会被用作清洁环保的电动汽车的动力装置，其前景被普遍看好。由山田淳夫教授所领导的东京工业大学与东北大学的联合研究人员，使用中子射线照射磷酸铁，然后分析中子和物质之间的相互作用来研究锂离子在磷酸铁中的运动状态。研究人员的结论是，在磷酸锂铁中，锂离子按照一定方向笔直地扩散开去，这与锂离子在现有的钴等电极材料中的运动方式不同。这样的结论与原先推估的理论完全一致，使用中子衍射分析的结果，更加证实了磷酸锂铁(LFP)可以确保锂电池的大电流输出输入的安全性。
欧美一些工业银行、创投基金与投资公司早就把目光放在上游材料公司的布局上，在美国除了A123之外，ActaCell Inc.则从谷歌(Google)旗下Google.org、应用材料(AMAT)风险投资部门和其他一些风险投资公司得到了580万美元资助。ActaCell的主要业务就是将德州大学学者的成果推向市场，这个学者就是长期以发展尖晶石结构以及超导材料为主的Arumugam Manthiram教授，他发现了在磷酸铁锂(LFP)当中，加入了昂贵的导电高分子之后，可以在实验室做出克电容量166mAh/g的磷酸铁锂(LFP)，并且采用微波法加速磷酸铁锂(LFP)陶瓷粉末快速成相。至于是否因为加入了导电高分子，就可以突破A123、Aleees、Phostech等三家重量级业者在磷酸铁锂(LFP)的主要专利与次级改良专利布局，只能等到事态更加明朗方能评论。
4 磷酸锂铁材料的研究开发现状
迄今研究最多的正极材料是LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及以上三种材料的衍生物，如LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 等。
LiCoO2 是唯一大规模商品化的正极材料，目前90%以上的商品化锂离子电池采用LiCoO2 作为正极材料。LiCoO2 的研究比较成熟，综合性能优良，但价格昂贵，容量较低，存在一定的安全性问题。
LiNiO2 成本较低，容量较高，但制备困难，材料性能的一致性和重现性差，存在较为严重的安全问题。LiNi0.8Co0.2O2 可看成LiNiO2 和LiCoO2的固溶体，兼有LiNiO2 和LiCoO2 的优点，一度被人们认为是最有可能取代LiCoO2 的新型正极材料，但仍存在合成条件较为苛刻（需要氧气气氛）、安全性较差等缺点，综合性能有待改进；同时由于含较多昂贵的Co，成本也较高。
尖晶石LiMn2O4 成本低，安全性好，但循环性能尤其是高温循环性能差，在电解液中有一定的溶解性，储存性能差。
新型的三元复合氧化物镍钴锰酸锂(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）材料集中了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等材料的各自优点：成本与LiNi0.8Co0.2O2 相当，可逆容量大，结构稳定，安全性较好，介于LiNi0.8Co0.2O2 和LiMn2O4 之间，循环性能好，合成容易；但由于含较多昂贵的Co，成本也较高。对中大容量、中高功率的锂离子电池来说，正极材料的成本、高温性能、安全性十分重要。
上述LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及其衍生物正极材料尚不能满足要求。因此，研究开发能用于中大容量、中高功率的锂离子电池的新型正极材料成为当前的热点。
正交橄榄石结构的LiFePO4 正极材料已逐渐成为国内外新的研究热点。初步研究表明，该新型正极材料集中了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及其衍生物正极材料的各自优点：不含贵重元素，原料廉价，资源极大丰富；工作电压适中(3.4V)；平台特性好，电压极平稳（可与稳压电源媲美）；理论容量大（170mAh/g）；结构稳定，安全性能极佳（O 与P 以强共价键牢固结合，使材料很难析氧分解）；高温性能和热稳定性明显优于已知的其它正极材料；循环性能好；充电时体积缩小，与碳负极材料配合时的体积效应好；与大多数电解液系统兼容性好，储存性能好；无毒，为真正的绿色材料。 [#page#]
与LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 及其衍生物正极材料相比，LiFePO4 正极材料在成本、高温性能、安全性方面具有突出的优势，可望成为中大容量、中高功率锂离子电池首选的正极材料。
磷酸锂铁材料的产业化和普及应用对降低锂离子电池成本，提高电池安全性，扩大锂离子电池产业，促进锂离子电池大型化、高功率化具有十分重大的意义，将使锂离子电池在中大容量UPS、中大型储能电池、电动工具、电动汽车中的应用成为现实。
目前 LFP 最上游的化合物专利被三家专业材料公司所掌握，分别是 A123 的 Li1-xMFePO4、Phostech 的 LiMPO4 以及 Aleees 的 LiFePO4･MO，同时也已经发展出十分成熟的量产技术，其中最大的产能已可达月产250吨。A123 的 Li1-xMFePO4主要的特征是纳米级的 LFP，借由纳米物理性质的改变以及在正极材料当中添加了贵金属，并辅佐特殊材质的石墨为负极，使得原本导电能力较差的 LFP，可以成为商业化应用的产品；Phostech 的 LiMPO4 主要特征是借由适当 Mn、Ni、Ti 的参杂，并且在 LFP 外层借由适当的碳涂布，来增加电容量与导电性；Aleees 的 LiFePO4･MO 的主要特征是以氧为共价键，借由前驱物在高过饱和度与激烈机械搅拌力的状态下，造成金属氧化物与磷化物发生激动起晶之作用，从而产生金属氧化物共晶 LFP 的晶核，使得原本难以控制的二价铁与晶相成长，得到了稳定的控制。
提高磷酸铁锂的堆积密度和体积比容量对磷酸铁锂的实用化具有决定意义。粉体材料的颗粒形貌、粒径及其分布直接影响材料的堆积密度，为此，人们对磷酸铁锂材料向球形方向进行研究。研究和实际应用表明，球形产品不仅具有堆积密度高、体积比容量大等突出优点，而且还具有优异的流动性、分散性和可加工性能，十分有利于制作正极材料浆料和电极片的涂覆，提高极片品质；此外，相对于无规则的颗粒，规则的球形颗粒表面比较容易包覆完整、均匀、牢固的修饰层，因此球形产品更有希望通过表面修饰进一步改善综合性能。
人们进行湿法前驱体预处理和2次烧结的研究。在此基础上，添加含碳的材料和过渡元素氧化物、稀土元素氧化物等方式，采用二价铁盐或三价铁盐、磷酸或磷酸盐、氨水为原料，通过控制结晶技术合成高密度球形磷酸亚铁前驱体，再与锂源、碳源共混热处理，通过碳热还原法合成掺碳的高密度近球形磷酸亚铁锂。该磷酸亚铁锂粉体材料由单分散球形颗粒组成、粒径可达到4.5μm-10μm、振实密度可达1.4g/cm3-1.8g/cm3、可逆容量超过了150mAh/g，导电性提高了100万倍的LiFePO4 正极材料，这对磷酸亚铁锂材料应用到大容量、高功率的锂离子电池上成为可能，极大地促进该材料的产业化。
目前锂电池应用固体正极材料的商品有锂——聚一氟化碳体系、锂——铬酸仪体系及锂——二氧化锰体系。
这些上游材料的突破与快速发展，引起了锂电池厂与汽车业者的注意，并且带动了锂电池与油电混合车的兴盛之路；LFP电池和一般锂电池同为绿色环保电池，但两者最大不同点是完全没有过热或爆炸等安全性顾虑，再加上电池循环寿命约是锂电池的4~5倍，高于锂电池8~10倍高放电功率（可瞬间产生大电流），加上同样能量密度下整体重量，约较锂电池减少30~50%，包括美国国防部的油电混合坦克车与悍马车（近战隐匿）、通用汽车、福特汽车、丰田汽车等业者皆高度重视LFP电池发展。美A123甚至因此获得了高达数千万美金的政府补助，目的就是要扶植美国的锂电池业者，利用油电混合车的发展机遇，一举击败遥遥领先的日本汽车业者。
5 磷酸锂铁材料的性能特点
磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池。
5.1 磷酸铁锂特性
(1) 能量密度高
其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140mAh/g(0.2C，25℃)；
(2) 安全性好
是目前最安全的锂离子电池正极材料；不含任何对人体有害的重金属元素；
(3) 寿命长
在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上；（原因：磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是电极离子传导率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。解决方法：在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。）
(4) 无记忆效应
(5) 充电性能好
磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。磷酸铁锂充放电结构变化见（图2）。 
5.2 具体的物理参数
松装密度：0.7g/cm
振实密度：1.2g/cm
中位径：2um-6um
 比表面积<30m/g
涂片参数：
LiMPO4:C:PVDF=90:3:7
极片压实密度：2.1g/cm-2.4g/cm
电化性能：
克容量>155mAh/g 测试条件：半电池，0.2C，电压4.0V-2.0V
循环次数：2000次 [#page#]
5.3 市售磷酸铁锂典型的性能指标 
 标准要求 典型值或
测量值 测量方法或设备
化学成分 Li(%) 4.4±0.3 4.2 AAS
 Fe(%) 35±1 34.5 
 P(%) 19.5±0.5 19.5 紫外分光光度计
PH值 <11 9.5 Starter-3C
含水量(%) ＜0.2 0.1 卤素水分仪
粒度分布 D10(μm) ≥0.5 0.65 激光粒度仪
 D50(μm) 4~10 5.46 
 D90(μm) ≤30 16.49 
比表面积(m2/g) 5~15 8 BET
振实密度(g/cm3) 1.2~2.0 1.5 振实密度仪
1C克容量(mAh) >130 134 063048 (500mAh)
初次充放电效率(%) ≥86 88 
1C循环寿命 2500次容量
保持率≥80% 83% 

5.4 磷酸铁锂材料的优点
磷酸铁锂是一种新型锂离子电池电极材料。特点是放电容量大，价格低廉，无毒性，不造成环境污染。 
目前主要的生产方法为高温固相合成法，产品指标比较稳定。
锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料是近几年才出现的事，国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。
目前锂离子电池还是以小容量、低功率电池为主，中大容量、中高功率的锂离子电池已经开始大规模试生产，这使得锂离子电池逐步在中大容量UPS、中大型储能电池、电动工具、电动汽车中将得到广泛应用。
5.5 磷酸铁锂材料的缺点
1)导电性差
这个是其最关键的问题。磷酸铁锂之所以至今还没有大范围的应用，这是一个主要的问题。但是，据说这个问题目前已经可以得到较完美的解决：就是添加C或其它导电剂。实验室报道可以达到160mAh/g以上的比容量。在磷酸铁锂材料生产过程中添加导电剂，不需要在制作电池时才添加。实际上材料应该为：LiFePO4/C，这样一个复合材料。
2)振实密度较低
一般只能达到1.3g/ml-1.5g/ml，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的最大缺点。这一缺点决定了它在小型电池如手机电池等没有优势。即使它的成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能小量的取代钴酸锂。这一缺点在动力电池方面不会突出。因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。
3)堆积密度低
磷酸铁锂的理论密度仅为3.6g/cm3。
5.6 国际、国内磷酸铁锂材料主要生产商
国际：加拿大Phostech、美国Valence、美国A123、日本sony。
国内：杭州金马能源、宁波英特维、云南汇龙、 天津斯特兰 、北大先行、 湖南瑞翔、 铁虎能源 、 郑州朗泰、河南捷和新能源、新乡华鑫、杭州赛恩斯、 江西金锂科技、沈飞粉体、上海晨华电炉、台湾长圆、 台湾立凯等。
6 磷酸铁锂的制备方法
与锂金属氧化物一样，LiMPO4可以采用的合成制作方式大约分为：
6.1 固相合成法
1)高温固相反应法：现在最常用，也是最成熟的合成方法。
2)碳热还原法(CTR)：合成方法简单，易于操作，原材料价格低。适合大规模生产。
3)微波合成法：合成时间短，能耗低，适合实验室的研究。
4)机械合金化法。
6.2 液相合成法
1)液相共沉淀法
2)溶胶-凝胶法
3)水热合成法 [#page#]
6.3 其它合成方法
放电等离子烧结技术，喷雾热分解技术和脉冲激光沉积技术也于用于磷酸铁锂的合成。
依据工艺的不同可以达到不同的结果，例如，乳化干燥法是将煤油与乳化剂混合，然后与锂盐、铁盐的水溶液混合，利用该法可以控制碳粒子的大小在纳米范围，而采用水热法可以得到晶形良好的 LiMPO4，但是为了加入导电碳，在水溶液中加入聚乙二醇，再借由热处理过程转变为碳，而气相沉积法可以用来制备薄膜型态的 LiMPO4。
7 磷酸铁锂材料的应用
7.1 在电动车上的应用
首先采用这种锂电池材料的油电混合车是GM的 CHEVROLET Volt，这部插电式油电混合车(PHEV)已在2010年正式在市面上销售，它突出的省油性能与驾控的舒适，使得它尚未销售，就已经有将近四万名美国民众抢先订购；Volt每次充电后的续航力为60公里，若遇到长途旅程，车上则搭载了小型汽油引擎来为电池充电，让 Volt 能跑得更远。GM 相信这款 PHEV 能拥有 150mpg 的油耗表现。
在日本与中国大陆则是有更多的锂电池厂纷纷投入这种新型动力锂电池的生产，目标市场就是电动自行车与电动公交车。
从各国发展来看，到2010年时全美的油电混合车已超过400万台。美国通用汽车为了打破日系车厂独霸局面，决定大幅朝向设计生产“可大规模生产的电动车”，因为现在许多美国消费者早已不堪高油价压力，通用认为未来汽车必须能够使用各种能源，其中电动车将成为关键。因此，GM在2007年北美国际车展公开展示插电式油电混合动力车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)的概念车“Chevrolet Volt Concept”，配合GM全新开发油电混合动力系统(E-FLEX)，只要接上一般家用电源便可为该车的磷酸锂铁电池充电。如果Volt Concept达到量产阶段，每台车每年可减少500加仑（1，900升）汽油消耗，也可以减少4，400公斤二氧化碳产出。
GE(www.ge.com)在全球首先公布GE一连串大规模应用LFP电池的计划，GE打算从电动火车头、飞机、电动车、太阳能电网、风力发电电网等大型机电应用，扩大GE的营收；在欧洲，BOSCH就在2008年公开承诺将持续增加电动与油电车辆科技的开发，尽管欧洲有人觉得这两项科技可能使用的人会非常的有限，但是根据油价高涨的状态，传统往复式引擎或许还有20年的优势，但是终究汽车的动力模式会转型。BOSCH拥有傲人的汽车科技研发历史，由于不会向TOYOTA购买油电混合科技，所以整体研发都是BOSCH自己进行，因此像是防锁死煞车还有TCS循迹控制系统，也将会重新设计与油电混合电脑程式组合在一起，首次经由BOSCH递交给VW Touareg与PORSCHE Cayenne的油电车已于2010年上市。
BOSCH原先打算维持自己在燃油科技的领先地位，就如同已经在汽车安全行业的优势，面对电力的全新汽车能源领域，BOSCH认为有必要深入纯电动动力的领域，因为那是一项未来真实世界都会普遍使用的科技，其中电池是电动引擎动力的关键性科技，BOSCH与韩国SAMSUNG合作以4亿美金开发锂电池并且进行量产化，虽然距离成熟的时间预估还要四到五年，不过BOSCH无论如何都会继续投资，以保持汽车科技上面的领先地位。
另外欧洲一家汽车零组件的一级供应商大厂Continental也宣布磷酸铁锂(LFP)的合作伙伴有A123 Systems 及 Johnson Controls-Saft。而Continental 将会供给电池组给Mercedes Benz，关于 Continental 提供给Bosch案子，可能会考虑自己做或外购如向A123购买，为了供应炼的安全，他们也买了日本小型电池厂Enax的股份，但这家公司只能做小伏特数的产品。
在日本的GS YUASA也不肯多让，之后就立即公布了将自主开发的碳负载型磷酸铁锂(LFP)应用于大型电池单元正极的结果。使用外形尺寸为115mm×47mm×170mm的方形“LIM40”工业电池单元实施的试验表明，即使以400A的大电流放电，容量也几乎不会降低。而未使用负载碳的该公司原产品，其400A放电时的容量比40A放电时减半。另外此次的试制品足可在-20℃的低温下使用。
在中国两家重量级的锂电池大厂：天津力神与比克(BAK)，则也宣布了年产2000万颗磷酸铁锂(LFP)的专用电池，分别在2008年年底与2009年初完成建厂，总投资金额高达6亿美金，至于上游的合作对象，则尚未见诸于报端，据一般的猜测，可能是三家磷酸铁锂(LFP)业者当中，其中一家生产工厂位于亚洲的业者。
但是在中国最受瞩目的LFP业者还是比亚迪(BYD)电池与电动车公司，波克夏•海瑟威公司(Berkshire Hathaway Inc.)（纽约证券交易所：BRKA和BRKB）旗下的子公司中美能源控股公司(MidAmerican Energy Holdings Company)在2008年10月宣布，认购2.25亿股比亚迪股份有限公司(1211.hk)的股份，约占10%的股份比例，投资约2.3亿美元。所谓波克夏•海瑟威公司的此一投资案之所以引起瞩目，原因就是该公司主席兼执行长华伦•巴菲特先生享有股神的称号。
如此一来在2010年以前，欧洲、美国与亚洲的磷酸铁锂(LFP)业者的联盟版图已经大致确定；各家电池工艺的高低，也随着磷酸铁锂(LFP)材料的高安全性与稳定性，显得不再是那么重要；唯一决定胜负的恐怕还是市场价格，根据一般的估计，哪一组联盟能够把磷酸铁锂(LFP)动力电池的价格下降到每瓦时0.35美金，谁就能牵动油电混合车与锂电池自行车的高速发展、谁就会是最后的赢家。
7.2 磷酸铁锂材料与产业发展的关联度
不过真正决战点恐怕还是取决于油电混合车的市场，LFP 材料在锂电池被重视的主要原因，根本原因其实仍然是 LFP 安全的橄榄石结构，这样的结构有别于其他锂电池的层状与尖晶石结构的锂钴或锂锰系列的电池正极材料；橄榄石结构的 LFP，由于结构上与氧(O2)的键结很强，因此在锂电池发生短路时，不会因为短路而产生爆炸；这样的条件或许在其他移动式 IT 产品不是最重要的（注：因为即便是笔记本电脑与手机爆炸事件层出不穷，日本大厂回收动辄高达数十万台笔记本电脑，但是大部分的消费者仍然选择高容量却容易爆炸的锂钴电池），但是在汽车上的锂电池应用就不是这么回事了。[#page#]
根据美国 AABC 的统计，依照笔记本与手机锂电池爆炸的机率推算，如果将含有钴系或锰系的电池应用在油电混合车(PHEV、HEV、BEV)，那么每七万台汽车就会有一台发生爆炸事件，这样的统计与研究震惊了汽车业者，汽车业者考虑的第一优先的问题是安全而不是容量，原因无他，对于汽车业者而言，汽车回收召回的成本高过笔记本电脑的成本数以万倍计算，因此他们必须设法在安全与续航力之间做出一个取舍。
从 LFP 的材料结构而言，LFP 的电容量虽然比其他的锂电池容量少了25%，不过比起镍氢电池而言效益却提升了70%，安全的特性加上容量的提升使得汽车业者仿佛看到了救世主一般，他们从 LFP 的身上看到了安全与续航力的平衡点。因此油电混合车也因为这样成为兵家必争之地。
根据统计，HEV、PHEV 及 BEV 在2008年在全世界至少有7亿美元的市场，在2012年则将增长到至少50亿美元。而2008年到2015年之间，全球油电车销售量预计将成长12%，在2012年美国的油电车销售量将会突破100万辆大关。在日本方面2008年到2011年之间，油电车产量增加6.6%。整体而言2010年到2015年之间，油电车电池市场的成长率将达到10.4%，有关油电车的零件市场将成长17.4%。
除了小客车的市场之外巴士制造商的目光也看到了 LFP 的快速发展，BAE 的 HybriDrive 猎户座七混合电动客车也宣布采用 LFP 大约 180 kW 的电池组。电力业者也快速采用 LFP 的电池，例如美国的 AES 公司就仰赖 LFP 电池发展出多兆瓦的电池系统有能力执行电网的配套服务，包括备用的容量以及频率调节服务。
7.3 中国节能减排政策推动新能源的发展
“减排、低碳”成为了目前的热点词汇。中国政府在哥本哈根会议会上做出了一个明确的减排目标： 2020年单位GDP碳排放（碳排放强度）将比2005年减少40%~45%，这是中国节能减排政策从能源强度转到碳排放强度的一个质变。从长期来看，中国发展低碳经济是必然的选择。在此大的背景下相当一部分行业为了保持相对平稳的经济增长，必然要寻求减排技术上的重大突破。因此未来中国新能源领域需要技术上取得突破性的进展才能完成2020年的减排指标。
对于一些发达国家来说， 由于他们的能源结构相对“清洁”，低碳与节能关联比较密切。基于中国目前所处的城市化与工业化共同推进的经济发展阶段，其能源需求具有明显的刚性特征，即与经济快速发展同步增长的高能源电力需求。对于中国以煤为主的能源结构，降低单位GDP碳强度很大程度上就是通过增加清洁能源，减少单位GDP煤炭消费量，这就需要改变当前国内现有能源结构，发展新能源结构。因此，随着低碳经济技术、清洁能源技术等新技术的推广与应用，GDP的增加将不完全与碳排放成比例，同时为进一步实现中国减排目标提供有力支撑。
8 中国磷酸铁锂材料产业的发展前景
8.1 磷酸铁锂材料产业主要优势
(1)符合国家政策导向
磷酸铁锂产业符合国家产业政策的导向，世界各国都把储能电池和动力电池的发展放在国家战略层面高度，配套资金和政策支持的力度很大，中国在这方面也十分支持，过去关注镍氢电池，现在则把目光更多的集中到磷酸铁锂电池上。
 (2)代表未来电池发展方向
磷酸铁锂电池作为一种实用新型锂电池，代表了电池未来发展的方向。它是迄今为止发明的最理想的动力电池。尽管目前存在技术和价格上的一些缺陷，但毕竟已经走向商业化的道路。业内专家普遍认为，磷酸铁锂技术不会成为产业发展的障碍（已有A123、Valence、Phostech成熟技术的先例），而价格也会随着产能的扩张而大幅降低，未来甚至会成为最廉价的动力电池。
(3)市场容量大
磷酸铁锂产业的市场蛋糕大的超乎想象，据相关材料分析，其中正极材料全球有几百亿的市场容量，而电池更是有超过5000千亿的市场容量。
(4)发展稳定快速
根据电池产业发展的规律，无论是材料，还是电池，基本呈现稳定增长的趋势，能够抗周期性和国家宏观调控的影响。而作为新型的材料和电池—— 磷酸铁锂，随着存量市场的开发和增量市场的渗透，其增长速度明显快于电池行业整体发展速度。
(5)应用范围广泛
磷酸铁锂电池应用领域广泛，应用领域主要有：
1> 储能设备
太阳能、风力发电系统之储能设备；不断电系统UPS；配合太阳能电池使用作为储能设备（比亚迪已经在生产此类电池）；
2> 电动工具类
高功率电动工具（无线）； 电钻、除草机等；
3> 轻型电动车辆
电动机车、电动自行车、休闲车、高尔夫球车、油电混合车、电动轮椅、电动推高机、清洁车；混合动力汽车(HEV)、国内近2—3年的发展目标；
4> 小型设备
医疗设备：电动病床、电动轮椅、电动代步车、制氧呼吸器；玩具（遥控电动飞机、车、船）；
5>其它小型电器
矿灯；植入性的医疗器械；
6>军事和航天领域
如UPS、通讯设备、遥测系统、无人侦察机等运动军事储能设备；在航天领域也是一种最佳的动力电池。 [#page#]
(7)利润率高
磷酸铁锂产业利润率非常之高，正极材料的毛利在70%以上，而电芯的毛利也有50%以上。而且由于未来强大市场的支撑，行业将在很长一段时间内（初步推测是5年）维持较高的利润率。
(8)有一定的技术壁垒
磷酸铁锂产业有一定的门槛，不是谁来做就会做成功的，尤其是材料领域，技术壁垒很高，可以避免太多的竞争。作为新进入这个产业的企业，选择做材料肯定要比做电池更为明智，因为现有的一些锂电池厂商很多，尤其是大厂的地位很难撼动，他们切入到磷酸铁锂电池更具优势。
(9)不受国外市场制约
磷酸铁锂产业不会过分依赖国外市场，原料和设备也不会受制于国外企业， 国内整个产业链相对是比较成熟的。同时国内外对于磷酸铁锂的研究和产业化的起步差别不大，几乎处于同一起跑线。这跟太阳能电池行业有很大差别，太阳能电池所需多晶硅原料（指过去）和终端应用市场两头在外，受国外政策和市场变化影响很大，这些问题在此次金融危机中已经显现。
8.2 中国优惠政策措施是产业发展的重要关键
工研院产业经济与趋势研究中心（IEK，台湾）产业分析师吕学隆表示，全球锂电池市场规模将受惠平板电脑、智慧手机及电动工具机等产业成长，有15%的年增率，优于目前的9%。就锂电池的应用，吕学隆认为，工具机及NB等3C产品仍是主要市场，当然电动车市场一直是市场希望所寄，何时可出现爆发性成长，不完全操之在锂电池产业，包括充电设备及政策补贴等，都是产业发展的重要关键。
汇川技术多次获得JAC（江淮汽车）数百套纯电动汽车电机控制器的订单。汇川技术携手海马汽车，签署了合作研发下一代新能源汽车PCU的合作合同。
比亚迪发布了和美国铝业公司合作开发的全新铝车身和纯电动车设计，它使比亚迪长达40英尺的纯电动车eBUS-12，较之前的钢制车身轻量化达40%（相当于1吨）。2辆这款全新全铝车身设计的比亚迪纯电动大巴eBUS-12已经在长沙下线。
除了减少巴士车身重量之外，这款eBUS-12还运用了美铝的锻件车轮以及哈克旋转(R)紧固件，以减少达1.2吨的车身重量。整个车身重量的下降将使这款单次充电能行驶300公里的巴士的续航里程提高至少10%以上。
在四部委免除新能源汽车车牌摇号限行等限制优惠政策措施出台后，充电桩的配套建设等也进一步完善了新能源汽车发展的基础。我们认为：务实的政策将有利鼓励私人购买人的欲望，基础建设的配套将促进新能源汽车的发展。不断更新的技术将加速新能源汽车的发展。
从公开资料统计来看，全国磷酸铁锂总产能约6400吨/年，但实际产量远低于产能（不足产能的1/10）。通过静态测算可以得出结论，磷酸铁锂电池在未来5~7年内，若根据10%~20%的产品渗透率计算，国内仅仅在电动汽车、电动工具、电动自行车和电动代步车这4个领域就拥有大约150亿元的市场规模，其中磷酸铁锂材料本身占到电池成本的30%左右，对应约45亿元的市场规模，年需求量可望达到3万吨。
综上所述，磷酸铁锂正极材料项目属于我国高新技术项目中功能性能源材料的开发，是国家“863”计划、“973”计划和“十一五”及“十二五”高技术产业发展规划重点支持的领域。国内磷酸铁锂材料具有广阔的市场空间，这对于锂离子电池的快速发展是一次难得的机遇。虽然发展中仍存在诸多问题，但是相信不久的将来，通过行业内各企业共同努力，一定能促进我国新能源电池行业的长足发展造福于人类。
参考文献：（略）