关键词：锂离子、光伏发电、别墅太阳能发电

 

1983年Thackeray等首次提出采用尖晶石结构LiMn₂O₄为锂离子电池正极材料。LiMn₂O₄中Mn₂O₄框架是四面体与八面体共面的三维结构，Li从Mn₂O₄框架中嵌/脱过程中晶体各向同性地膨胀/收缩，晶体结构体积变化极小，可以发生完全的脱嵌锂。但是光伏发电行业的科研人员同时发现锰在电解液中会发生溶解，Jahn-Teller效应致使结构破坏。

 

与应用于别墅太阳能发电电池的多晶硅相比，钒为多价态金属，与锂可形成多种氧化物，包括层状的LiVO₂，LixV₂O₄，Li_{1 + X}V₃O₈和尖晶石型LiV₂O₄、反尖晶石型 LiVMO₄, (M=Ni、Co)等。1957 年Wadsley提出用层状Li_{1 + X}V₃O₈作为锂离子电池正极材料。层状Li_{1 + X}V₃O₈由八面体和三角双锥组成，锂离子位于八面体位置，与层之间用离子键固定，过量的锂占据层间四面体位置，这种结构使其循环性能非常稳定，但是材料的电导率低，电压平台较低，在2〜3. 7 V之间存在多个平台，氧化能力强，易导致有机电解液分解，因此也不能应用于家庭光伏发电电池中。

 

锂铁氧化物体系中由于Fe⁴⁺ /Fe³⁺电对的Fermi能级与Li⁺/Li的相隔太远，而 Fe³⁺/Fe²⁺电对又与Li⁺/Li的相隔太近，因此层状LiFeO₂ —直未能得到应用，在别墅太阳能发电行业同样也不能应用。1997年Padhi等的开拓性研究揭开了橄榄石型LiFePO₄研究的序幕。与别墅太阳能发电电池材料相比，LiFePO₄材料来源丰富、成本低、比容量高、无污染，而且具有优异的热稳定性和稳定的充放电循环性能，以LiFePO₄为正极材料的电池被业界称为“最安全的锂电池”， Thackeray认为LiFePO₄的发现，标志着“锂离子电池一个新时代的到来”。因此LiFePO₄正极材料被认为适合用于高功率型锂离子电池上，是电动汽车以及大型动力设备电源的理想正极材料，光伏发电行业的研究人员也在探究此材料能否应用于别墅太阳能发电设备上。

 

目前全球已经有很多厂家竞相产业化生产LiFePO₄正极材料，如美国Valence(威能）公司和A123(高博），国内天津斯特兰，北大先行等。国内唯一的锂电池磷酸铁锂正极材料标准制定者贝特瑞公司生产的磷酸铁锂正极材料国内第一，目前全球第三，产能是1 500吨/年。咸阳偏转控股的咸阳威力克能源有限公司，2007年8月成功开发单体120 Ah磷酸铁锂电池并使用到奥运大巴车上。美国A123公司已开发出2MW*0.25h的Hybrid-APU柜式磷酸铁锂电池储能系统。2009年开始，美国AES公司与A123公司合作，在其电网中安装了多个Hybrid-APU柜式储能系统，主要用于为电力系统提供包括频率控制在内的辅助服务。我国深圳比亚迪公司已开发出基于磷酸铁锂电池储能技术的200 kW*4h 柜式储能电站和1MW*4h储能示范站。