新一代空间用锂离子电池正极材料LiFePO4综述.pdf

i FeP04综述 新一代空间用锂离子电池正极材料L 王琛潘延林顾秋香钱斌 上海空间电源研究所 摘要：随着空间技术的发展，各种空间探测任务越来越复杂，对航天器的要求也越来越高，目前的贮 和改性方法来解决。 关键词：空间应用，锂离子电池，正极材料，LiFeP04 0引言 自SONY公司在90年代初开发出商业化应用的锂离子电池以来，经过了二十余年的发展，锂离子 电池已经在手机、笔记本电脑等许多领域取代了传统的镉镍、镍氢电池。由于锂离子电池工作电压高、 能量密度大、循环寿命长、环境污染小等特点，成为一种极具发展前景的新型能源。国际上许多国家竞 相投入巨资开发锂离子电池，我国在“九五”和“十五”规划中，均把发展锂离子电池放到了很重要的 位置。随着人类对空间探索的深入，各种任务对各种航天器的要求也越来越高。电源分系统作为航天器 的“心脏”，其发展受到了极大的重视。电源分系统的贮能电源部分担负着保持无光照条件下航天器正 常工作的任务，在质量、体积、可靠性和安全性方面有着较高要求。锂离子电池在各方面性能上都比传 统的镉镍、镍氢要优秀许多，成为新一代航天器的首选贮能电源。锂离子电池正极材料在电池整体质量 中占到46％，成本几乎占到50％。【l】因此，对正极材料的研究是锂离子电池研究发展中的重要组成部 分。 1 锂离子电池的空间应用 1．1锂离子电池空间应用现状 随着科学技术的发展，人类对宇宙空间的探索进入了一个新时代，空间技术的发展成为2l世纪科 学技术发展的重要方向。无论是轨道飞行器、行星登陆器或是深空探测任务，航天器的电源系统都是至 关重要的。但不幸的是，贮能电源技术没有跟上空间技术的发展。随着航天器任务要求的提高，日益增 加的能源需求已经使电源系统成为航天器上质量增加最快的部分了。而锂离子电池的出现使大幅度降低 航天器电源质量成为可能，并且这项技术可以满足未来航天器对能源的更大需求。 1994年起，美国国家航天局(NASA)的喷气推进实验室(Jet Propulsion AirForeResearch 究实验室(U．S Research Laboratory)、JPL和Gleen研究中，I,,(GlennCemer)建立了空 间用锂离子电池发展联盟。在六年中，发展了lO种不同的锂离子电池和电池组，应用于卫星和航空器， 率充放电技术、高比容量以及长寿命技术。2002年，它们制造了用于火星登陆器的锂离子电池组，在 ·-——207·-—— 质量比能量和体积比能量方面比传统的镉镍、镍氢蓄电池提高了3—4倍。 我国对空间用锂离子电池的研究始于90年代末期，主要研究机构有信息产业部1418所和航天科技 主要目的是开发用于卫星、宇宙飞船、空间站等航天器电源系统的贮能电源以及其它空间任务用电源系 统。 1．2 LiFeP04正极材料空间应用优势 (叠I＼善^=∞coo奄J9cⅢ 舯 图1LiFcP04与其他正极材料能量密度比较(a)质量比能量(b)体积比能量【2】 3．69cm3，低于LiC002(5．1gcm3)、LiNi02(4．8gcm。3)和LiMn204(4．2gcm3)，导致其体积比能量方面较 差，大大低于LiNi02和LiC002。 空间应用锂离子电池正极材料不仅要考察能量密度，材料充放电循环性能和安全性也是非常重要。 同条件下制各扣式电池，然后经过充放电循环，保证电池在所需电压条件，拆解电池取出正极材料进行 量为450ppm，而LiFeP04的电解液中Fe溶出量不到lppm。 ·——·208·-—— J～ 2 ≥ 一