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铁电池应用
进一步降低汽车尾气对环境带来的污染，采取着不同措施，一些新能源不断被利用到现代的汽车中，比如天然气，氢能源，电动能源，燃料电池等，而燃料电池就是各个汽车厂家和科研机构着力研究的一个方向。
国内外研究状况
国内外研讨的铁电池有高铁电池和锂铁池两种。高铁电池是一种以合成稳定的高铁酸盐（K2FeO4、BaFeO4等）作为高铁电池的正极材料制作的，具有能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染等特点的新型化学电池；另一种是锂铁电池，主要是磷酸铁电池，开路电压在3.0~3.6v，工作电压在2.5V-3.3V，而且放电平稳、无污染、安全、性能优良。
市场上的民用电池比功率只有60- 135w,而高铁电池可以达到1000w以上，放电电流是普通电池的3－10倍。特别适合需要大功率、大电流的场合。高铁电池性价比高。
高铁电池放电曲线平坦。 如Zn-K2FeO4 ， 70%以上的放电时间在1.2-1.5V。
地壳中最为丰富的金属元素为铝和铁，铁在地壳中的含量为4.75%,锰的含量为0.088%。同时每mol 6价铁能产生3mol电子，而每mol 4价锰仅能产生1mol电子，铁的用量在自身非常丰富的情况下，仅是锰的1/3，大大节约了社会资源，降低了原料的成本。市面上MnO2大约9000元/ 每吨，Fe(NO3)3大约7500元/每吨。
绿色无污染。高铁酸盐放电后的产物为FeOOH或Fe2O3-H2O，无毒无污染，对环境友好。不需要回收。
单纯的铁电池，安全性相对强一些；但也不如另一种 形式的 储存电能的装置 -- 超级电容器 ，又叫法拉电容。因为充电电池是化学电池，充电过程就是一个可逆的过程，都有危险性。
而锂铁电池，因为有锂离子，电压过高容易产生锂枝晶，也即是生成了单质锂，容易发生短路，造成危险。
所以，大家在使用锂铁电池时候，尤其是充电的时候，要注意安全，不要超过许可电压。
磷酸铁锂动力电池的价格你要看是圆柱形还是软包装，还有具体型号，价格都不一样的，总体来说，磷酸铁锂的电池安全性很高，比起以前的氧化钴锂要高的多，而且比容量高，它和三元的不能单纯的从好与不好来评论，三元的...
合肥玖栎装饰帮您解答；铁电池除了具备便宜和环保优点外,由于采用全新设计,电池容量、循环寿命、使用温度范围、放电性能均优于锂电池。
一般用不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极壳组成，形似纽扣（俗称纽扣电池）。盒内正极壳一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液。
1.ironcell
ironcathode铁阴极...ironcell铁电池...ironcement铁胶合剂 铁腻子铁质胶合剂 含铁水泥
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高铁作为电池的正极材料时, 该电极反应为三电子反应, 电池的电势以及能量都比传统的锌锰电池高。而且这种材料价格低廉对环境无污染, 因此受到电化学界的广泛注意。
高铁酸盐物质在电池反应中可以得到3 个电子, 所以有相对较高的容量。 从表1 可以看出, 高铁酸锂的理论容量高达601Ah/kg。高铁酸钡的理论容量也有313Ah/kg。而MnO2的容量为308Ah/kg。
以高铁酸盐为正极材料取代商业锌锰电池中的MnO2即可组成高铁一次电池。
其电池反应为:
MFeO4+3/2Zn→1/2Fe2O3+1/2ZnO+MznO2
图1 是高铁酸钾-锌电池和锌-锰电池放电曲线比较。7号电池在0.5mA/cm2 的电流密度下恒电流放电, K2FeO4 正极材料对Zn 的平均放电电压是1.58V。该电压高出锌锰电池平均放电电压( 1.27V) 24% , 前者的放电容量比后者高32% 。在以上条件下其放电效率为85%。与传统的锌锰电池相比, 高铁一次电池具有高电压( OPV: 1.9V) 、高能量( 1.55Wh, AAA) 、不消耗电解液和不污染环境等优点。
在高铁电池中，可作为电池负极的材料也很多，包括锌、铝、铁、镉和镁等。
锌
根据锌的金属特性，其平衡电位较负，电化当量较高，因而比能量和比功率都比较高。而且锌具有较好的放电性能，价格便宜，来源丰富。在化学电源中得到广泛的应用。
在碱性溶液中，锌电极反应除了形成锌酸盐外，最终产物主要为固相的氧化锌：
Zn 2OH-→Zn(OH)2 2e
Zn(OH)2 2OH-→Zn(OH)42-
Zn(OH)42-→ZnO H2O 2OH-
总反应为：Zn 2OH- →ZnO H2O 2e
对于锌负极，在应用于高铁电池中有着一定的优势，因为锌电极作为负极材料在碱性溶液中有着较成熟的理论和工艺积累。研究Zn-MFeO4电池时，在缓蚀剂、导电剂、隔膜、集流体以及制造工艺等方面有许多可借鉴的技术。
铝
铝作为高铁电池的负极，会遇到两个问题：一是铝在碱性溶液中的自腐蚀问题，在强碱性溶液中，铝的溶解速度很快，同时产生大量的氢气，对高铁酸盐来说，穿过隔膜的氢气会加速高铁酸盐的分解；二是铝在阳极过程中表面产生沉积物会阻止电极的反应，使阳极过电位升高，降低了阳极的电压效率。可以通过合金化和电解液添加剂这两个途径来克服上述问题。通过添加一些元素形成二元或多元铝合金，如添加Ga、Sn、In等金属可以改变铝表面沉积物的组成结构，提高铝的阳极电位，同时增强铝抗自腐蚀的能力。在电解液中添加其它物质也可以改善电极反应产物的晶型, 从而起到抑制腐蚀和提高阳极电位的作用。如添加In(OH)3可以有效减小腐蚀，而添加Ga2O3、Na2SnO3或柠檬酸钠等都可以对活化电极起到有效的作用。
铁
铁作为电池负极在碱性溶液中的电极反应比较复杂，铁失去电子形成稳定的 2价和 3价氢氧化物，即，
Fe nOH- → Fe(OH)n2-n 2e
Fe(OH)n2-n →Fe(OH)2 (n-2)OH- E°= -0.877V (vs. SHE)
Fe(OH)2 OH- →Fe(OH)3 e E°= -0.56V (vs. SHE)
然后，2Fe(OH)3 Fe(OH)2 → Fe3O4 4H2O
在碱性溶液中，铁最初形成 2价产物，二价铁与电解液形成Fe(OH)n2-n 络合物，在继续放电时生成 3价铁，而且由 3价铁与 2价铁相互作用形成Fe3O4。
铁与高铁酸盐组成电池时，电池的开路电压为1.5V左右，随着高铁酸盐的类型而有少许变化。由铁电极的放电曲线可知，铁负极在放电时有两个放电平台，第一个放电平台对应的是Fe向Fe(OH)2的转化；第二个放电平台对应的是Fe(OH)2/Fe(OH)3反应，第一个放电平台到第二个放电平台电压会降低0.3V左右。实际上，第二个平台的放电容易受到很多因素的影响。如第二次放电产物和高铁酸盐的反应产物 Fe(OH)3会与Fe(OH)2形成Fe3O4，影响了Fe(OH)2的放电。铁负极与高铁酸钾组成的单体电池在第一放电平台的理论容量应为285.3mAh/g。
镉
镉与高铁酸盐组成电池时，单体电池开路电压的理论值应在1.4V左右。镉的电化当量为477mAh/g，与K2FeO4组成电池的理论容量为219mAh/g。
镍铁电池由爱迪生在1901年发明，当时被用作电动汽车的能源，比如底特律电动车(Detroit Electric）。镍铁电池与镍镉电池相比，最大的优势是价格低廉，但由于这类电池充电效率低，以及后来制氢技术的大发展，镍铁电池技术逐渐衰落。
爱迪生在1903到1940年间制造这些电池，为公司带来了可观的利润。使爱迪生失望的是，没有人接受用他的电池来启动内燃机，而上述的电动汽车在引进这些电池的几年后就停产了。最后，这种电池只是在铁路信号发送及备用电源方面得到广泛的应用。
高铁电池的正极材料为高铁酸盐，而高铁酸盐的可溶性比较差，即使在在中性及至弱碱性水溶液中也很不稳定。因此，以高铁酸盐为正极材料的化学电源的水溶液体系只能是浓的强碱水溶液。在碱性水溶液中，可作为电池负极的材料也很多，包括锌、铝、铁、镉和镁等。
高铁酸盐在一些非水性有机介质如乙腈、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、乙二醇二甲醚（DEM）和四氢呋喃（THF）中也非常稳定，而且几乎是不溶的。这使得高铁酸盐可以作为非水性电解液电池的正极材料。使得锂电池具有高电压、高比能量的特点，在医药、军事、航海和电子等领域得到广泛应用。
电池的放电特性及寿命。
STL18650的锂铁电池（容量为1100mAh）在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C，最大的放电率为10C，五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图1中可看出，不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的（即放电电压平稳，基本保持不变），只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲（放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲）。在0.5～10C的放电率范围内，输出电压大部分在2.7～3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。
图1 STL18650的放电特性
容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下（从-20～ 40℃）的放电曲线如图2所示。如果在23℃时放电容量为100%，则在0℃时的放电容量降为78%，而在-20℃时降到65%，在 40℃放电时其放电容量略大于100%。
从图3中可看出，STL18650锂铁电池可以在-20℃下工作，但输出能量要降低35%左右。
图2 STL18650在多温度条件下的放电曲线
STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是：以1C充电率充电，以2C放电率放电，历经570次充放电循环。从图3的特性曲线可看出，在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。
图3 STL18650的充放电循环寿命曲线
过放电到零电压试验
高铁作为电池的正极材料时, 该电极反应为三电子反应, 电池的电势以及能量都比传统的锌锰电池高。而且这种材料价格低廉对环境无污染, 因此受到电化学界的广泛注意。
高铁酸盐物质在电池反应中可以得到3 个电子, 所以有相对较高的容量。从表1 可以看出, 高铁酸锂的理论容量高达601Ah/kg。高铁酸钡的理论容量也有313Ah/kg。而MnO2的容量为308Ah/kg。
以高铁酸盐为正极材料取代商业锌锰电池中的MnO2即可组成高铁一次电池。
其电池反应为:
MFeO4 3/2Zn→1/2Fe2O3 1/2ZnO MznO2
图1 是高铁酸钾—锌电池和锌—锰电池放电曲线比较。7号电池在0.5mA/cm2 的电流密度下恒电流放电, K2FeO4 正极材料对Zn 的平均放电电压是1.58V。该电压高出锌锰电池平均放电电压( 1.27V) 24% , 前者的放电容量比后者高32% 。在以上条件下其放电效率为85%。与传统的锌锰电池相比, 高铁一次电池具有高电压( OPV: 1.9V) 、高能量( 1.55Wh, AAA) 、不消耗电解液和不污染环境等优点。
锂铁电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池，由于其性能特别适合于动力方面的应用，因而也有人叫它"锂铁动力电池"。(以下简称"锂铁电池")
锂铁电池的工作原理(LiFePO4)
LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳(石墨)组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。
LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
LiFePO4电池主要性能
LiFePO4电池的标称电压是3.2 V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号(同一种封装的标准电池)，其电池的容量有较大差别(10%~20%)。
磷酸铁锂电池的特点
标准放电为2~5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电(10S)可达20C;
外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好;
使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好;
好的循环寿命，经500次循环，其放电容量仍大于95%;
放电到零伏也无损坏;
可正常充电、快速充电;
材料可循环利用，故成本不高;
环境无污染。
优点:寿命长、充放电倍率大、安全性好、高温性好、元素无害、成本低。
缺点:能量密度低、振实密度低(体积密度)。
未来的电动汽车应该以小里程、快充电的电动汽车为主。而目前家用车需要长续航的双模混合动力，以及公交市场的大续航纯电汽车。那么这样的车需要什么样的电池?
首先安全是汽车必备的前提。汽车不同于手机和电脑，汽车在高速行驶中有可能遇到众多不可预知因素，比如车祸造成的电池挤压和撞击。而任何一个不利的因素，都有可能造车车毁人亡。我们可以看到一些老年代步车使用劣质的铅酸电池，完全没有安全保障，电池自燃、受撞击燃烧的案例比比皆是。再比如特斯拉近一年的连续着火事件，虽然得利于特斯拉的安全设计并没有出现人员伤亡。但同时也要看到，这几次事件都是非常轻微的碰撞事故，碰撞本身对车和人并无伤害，而电池却着火了，那么如果是更严重的事故呢?
普通汽车使用寿命长达数十年，一辆电动汽车的电池，10年至少需要3000次的循环寿命。电池作为比较贵的部件，寿命能否与车等同是非常重要的，既要保证车辆的性能又要保证车主的利益，这样才能利于市场的推动。目前世界各车企的电动汽车，只有去年上市的比亚迪"秦"做到了电芯终生质保。
极寒对电池的影响，主要表现在充放电倍率低和电容量减少;极热对电池的影响，主要表现为寿命减低、高温安全性以及充放电能力下降。
极寒对于电池的影响相对较轻，因为一般锂电池都可以在零下20度以下使用，而且在电池的放电过程中本身就会产生热量，但能耗的增加以及电量的减少不可避免。
能量密度，顾名思义就是单位重量的电池所能容纳的能量。能量密度通常是判断电池优略的重要指标，但是在笔者的分析体系里，能量密度在电池性能指标中不是很重要。
成本非常好理解，要广泛普及必须要有成本优势，这在本系列第一篇也已经计算过。小里程纯电或者混动电动车，一方面需要减少车载电池量节约电芯成本，另一方面需要降低电池包+保护设备的成本。因此我们发现，特斯拉的电芯成本虽然较低，但是整体成本依然居高不下。
磷酸铁锂动力电池(以下简称锂铁电池)作为铁电池的一种，一直受到业界朋友的广泛关注(也有人说锂铁电池其实就是锂离子电池的一种)。就铁电池而言，它可以分为高铁电池和锂铁电池，今天我们以型号为STL18650的锂铁电池为例，来具体说明一下锂铁的电池的放电特性及寿命。
STL18650的锂铁电池(容量为1100mAh)在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C，最大的放电率为10C，五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图1中可看出，不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的(即放电电压平稳，基本保持不变)，只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲(放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲)。在0.5~10C的放电率范围内，输出电 压大部分在2.7~3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。
图1 STL18650的放电特性
容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下(从-20~+40℃)的放电曲线如图2所示。如果在23℃时放电容量为100%，则在0℃时的放电容量降为78%，而在-20℃时降到65%，在+40℃放电时其放电容量略大于100%。
从图3中可看出，STL18650锂铁电池可以在-20℃下工作，但输出能量要降低35%左右。
图2 STL18650在多温度条件下的放电曲线
STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是:以1C充电率充电，以2C放电率放电，历经570次充放电循环。从图3的特性曲线可看出，在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。
图3 STL18650的充放电循环寿命曲线
过放电到零电压试验
采用STL18650(1100mAh)的锂铁动力电池做过放电到零电压试验。试验条件:用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组:一组存放7天，另一组存放30天;存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。
试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%;存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%;存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。
这试验说明该电池即使出现过放电(甚至到0V)，并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。
铁电池是在锂电池基础上的优化、更新。从成本上讲，铁比锂更低。而且，铁是地球上含量第二丰富的金属元素，到处可以取得，所以具有先天的优势。相对比原来的锂电池造价更低的成本优势，由于铁电池的定价跟原材料选用有直接关系，因而造价自然会低很多。
锂铁电池具有众多的优点，从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。磷酸铁锂电池的优点在于，安全、价格便宜、环保。
首先，磷酸铁锂的安全性能是目前所有的材料中最好的。它和其他磷酸盐的安全性能也基本一样，用磷酸铁锂做电池，不用担心爆炸问题。
其次，稳定性高，高温充电的容量稳定性好，储存性能好。这点是最大的优点，在所有知道的材料中也是最好的。
此外，整个生产过程清洁无毒。所有原料都无毒。并且磷酸盐采用磷酸源和锂源以及铁源为材料，这些材料都十分便宜。
虽然要想完全市场化仍存在一些现实问题，如政府的支持力度、消费者的认同、充电设备的建设等，但是随着技术的成熟，锂铁电池将会有更好的发展。
在国外，有很多生产厂家都在研究动力电池，而在国内，但这毕竟是大胆地尝试了将技术转化为产品，这种商业化运作模式为其他致力于生产电动汽车及混合动力汽车的企业带来了很大的启示，也为电池制造企业指了条明路。相信，随着燃料电池技术在汽车上的应用的不断成熟，"铁电池"技术将会拥有更大的用武之地。
缺点:"铁电池"生产过程中对工艺要求非常高，如果把握不好，电池肯定会出现很多小问题。并且铁电池的价格也不菲，国内生产的40Ah容量磷酸铁锂电池组成本在3万元到4万元之间，如果是120Ah的磷酸铁锂电池组，市场价大约要12万元。而比亚迪在早些时候发布的资料显示F3DM所用铁电池组容量为60Ah，这显然会造成生产成本居高不下。另外关于比亚迪的双模技术，电池是其企业的优势所在，无疑多年的经验让其在"铁电池"应用上占有一定的优势，但比亚迪在油电切换这一块的技术，比丰田通用等等落后很多，根本达不到像丰田普锐斯那样地切换自然，相信在这一块的技术，比亚迪至少还要研究三五年。这些都是制约F3DM销售的原因。
关于应用前景，充电站是关键。在全国范围内，电动车的充电站少得可怜，这也是导致包括亚迪F3DM在内的电动车没有零售的直接原因。虽然比亚迪曾经在F3DM上市时表示，快速充电站正在建设当中，但却未给出充电站建设的具体时间表。笔者去过比亚迪工厂几次，在其厂房门口看到了F3DM专用充电站，发现这种充电站并不是很容易建成的。要建造一个电动车的充电站，成本投入是非常巨大的。而在一个城市中，至少需要几百个充电站才能满足需求。充电站建设地址、占地面积都很成问题，并且还有一个关键的问题是充电时间的问题，如果一辆车动辄要充上几个小时，那么一个与加油站同等面积的充电站，每天才能充几十辆车而已。号称纯电动可以续航400KM的比亚迪E6，实际应用中，只能到200多KM，充电时间需要8小时以上(甚至更长)，如果没有私人车库，如何在晚上充电时保障车辆和充电器的安全?
基于多种优点，锂铁电池常常被人们称为继碳性电池、碱性电池后的第三代一次电池，但实际上目前并没有出现明显的取代碱性电池的趋势，相关人士认为这是其成本和售价制约了发展的缘故。
对于造成国内锂铁电池价格居高不下的原因，生产厂家做过专门分析，大致归纳为以下几个方面:
1、高价原材料及其带来的特殊生产环境及安全要求:造成锂铁电池高价结果的首要原因是用金属锂带作负极，比碱性电池的锌膏高出许多;金属锂是活跃元素，因此对生产环境中的温度和湿度都有更高的要求，不但要加装干燥机和空调设备，还要对岗位上的工作人员提高工资。锂铁电池活跃的负极金属锂，加上电解液易挥发，正极与隔膜均为可燃物，这些都需要添加相应的设备加以控制，而这些设备是碳性电池和碱性电池生产中没有的。
2、对外依赖性强:设备必须进口，由于设备制造商较少，外国设备商可以漫天要价，而且设备遇到故障还得求助于他们，在维修过程中，需要高价进口设备零件及支付高昂维修费。同时，电解液实际上依赖进口，其成分、配方是生产厂家的商业秘密。
3、生产中的损耗，特别是废品率高:由于锂铁电池的精度要求高，因此，对原料选择及人工操作要求较严。材料上的以次充好及采用不合格原料，或者人为误操作都会使废品率出现或提高。
正是上述内外原因导致了锂铁电池价格难以降低。另一方面，自2006年以来，国家对碳性电池和碱性电池规定了环保标准，现有的碱性电池均实现无汞化，这使得锂铁电池取代碱性电池失去了环保优势。
锂铁电池是一种一次电池(不可充电)，属于锂电池的一种。
锂铁电池的正极是二硫化亚铁(FeS2)，负极是金属锂，使用卷绕方式制成电池，放电时，二硫化亚铁被还原，金属锂被氧化。其能量密度约297Wh/kg，标称电压是1.5V，新电池开路电压近1.8V，接负载时端电压1.5V左右 ，相对于其他品类的锂电池属于低压锂电池，市场上广泛使用的型号是AA型和AAA型。与同型号的碱性电池和充电电池比较，Li/FeS2电池无论是从低温性能、大电流放电能力、还是贮存寿命，都具有明显的优势 ，实际工作时放电电压可与碱性电池兼容。
锂铁电池不同于人们通常所说的铁锂电池(LiFePO4)。铁锂电池的全称是磷酸铁锂电池，属于二次锂离子电池(可充电)。
1、能够兼容1.5V碱性电池、碳性电池
2、适用于大电流放电。
3、电量充足，其实际放电容量超过市面上所有的民用一次或二次电池。
4、温度范围比其他一次电池宽广得多，低温性能优异。
5、体积小、重量轻。柱式或者纽扣电池重量只有同型号碳性电池的70%，碱性电池的 50%。对于民用住宅内的站点，可节省承重加固的费用，进一步加速站点的建设， "节材"优势更加明显。
6、防漏性能明显更好，贮存性能优异，可贮存10年。
7、没有使用有害材料，不污染环境。
锂铁电池现状