什么是磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰電池發(fā)展如何？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-29 09:50
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近些年，電動汽車的快速發(fā)展帶動了動力鋰離子電池的發(fā)展。作為電動汽車的動力來源，電池性能的好壞不但關系到整車續(xù)駛里程的長短，而且關系到產品的安全性和可靠性?？梢哉f，動力電池的發(fā)展決定著純電動汽車的未來。
圖1
一、電動汽車必須把安全性放在第一位
在眾多新能源車型中，我國給予純電動汽車的補貼最高，而且補貼與純電動里程掛鉤，于是近些年在我國出現了一陣“人造三元風”。在政府部門倡導電池比能量指標一年更比一年高的情況下，三元材料中鎳鈷錳的組合由安全性尚可的333，一步一步地邁向523、622、811。隨著鎳量的增加，在材料比容量提高的同時，電池的熱失控溫度和安全性逐步下降。在另一種鎳鈷鋁三元材料中（特斯拉所用），鎳的份額也占八成，同樣存在類似問題。
說“三元風”是“人造”的，是因為它不是因技術優(yōu)勢自然形成的，而是片面追求純電動長里程政策引導的結果。大風起兮塵飛揚，連一向堅持“鐵電池”的大企業(yè)也被迷了眼，成了“跟風者”。當然，這也不難理解，畢竟企業(yè)要生存需要逐利。這也從另一個角度證明，政策力大無窮，不管什么方向的風，要刮就能刮起來。
同時，純電動汽車的里程指標正在追趕傳統(tǒng)燃油車，除了使用高比能電池外，還導致過度多裝電池。這兩個因素疊加，使電動汽車的安全性更受威脅，事故頻發(fā)。工信部曾一度放話，要求暫停使用三元鋰離子電池，但在強大的三元“隊伍”的強烈呼吁下最終不得不作出妥協，同意乘員少的乘用車可用三元鋰離子電池，三元鋰電池客車在通過熱失控試驗和熱失控擴展試驗測試的前提下，也可申請推薦目錄。
用三元鋰離子電池的乘用車，乘員少就能安全逃生嗎？且看近期發(fā)生的事故。今年5月初，美國佛羅里達州發(fā)生一起特斯拉Model S以每小時90英里（約合144公里）的速度撞墻后立即起火事件，車內前排兩人在大火中不幸遇難，坐在后排的一人被甩出車外受傷。5月10日，在瑞士南部的高速公路上，一輛特斯拉Model S撞上中央隔離帶，車輛翻轉、起火，一名德國駕駛者被困在車內燒死。一周之內，兩起特斯拉電動汽車起火事故，三人喪生?？梢?，三元鋰離子電池火勢蔓延太猛，乘用車里的乘員自己來不及逃生，別人也難以救助。
面對多次失火事件，特斯拉表示傳統(tǒng)汽車碰撞也會燃燒。這是典型的強詞奪理。更何況，傳統(tǒng)汽車碰撞而不燃燒的情況比比皆是。
我國也發(fā)生過多起電動汽車燃燒事件，雖然頻度不及特斯拉，但不能據此得出我國的三元鋰電池比特斯拉的三元鋰電池更安全的結論，而應考慮的因素是，我國大多數電動乘用車的里程和電池量比特斯拉少，上高速公路的比例不及特斯拉高，而且我國高速公路限速120公里/小時。作為載客量大、乘客逃生需時長的電動客車，更應該高度重視產品的安全性。
筆者認為，對電動汽車來說，不論是商用車還是乘用車，都事關人命，必須把安全性放在第一位，其他問題為之讓路。
二、動力電池的安全性極其關鍵
電動汽車的安全性主要取決于動力電池的安全性。
電池組像汽油箱那樣，是一種含高能物質的部件。鋰離子電池中的電解液是用有機溶劑配制而成，其易燃的程度不亞于汽油。正極的氧化劑和負極的還原劑只隔一層微米級厚的隔膜，內短路則生熱；充放電時，電池內阻也生熱。在達到一定溫度時，正極上的氧化劑可與電解液發(fā)生化學反應。大量的化學反應熱會造成熱失控，產生大量氣體，導致氣壓升高、電池破裂，繼而出現車輛燃燒、爆炸情況。
正極的氧化劑不同，電池發(fā)生熱失控的溫度也不同。使用熱失控溫度越低的正極材料，電池的安全性越差。特斯拉用的三元鋰離子電池，熱失控溫度不足200℃，尤其是三元材料在達到一定溫度時還會分解釋放出極活潑的初生態(tài)氧，即使在沒有外界氧氣供應的情況下，這種電池內部就“完整地具備”燃燒三要素。試想，其安全性能高嗎？這也是三元鋰離子電池起火后，火勢蔓延迅速且難以撲滅的原因。
相比之下，磷酸鐵鋰分子里的氧被牢固地束縛在磷酸根中，很難成為助燃劑，磷酸鐵鋰電池的熱失控溫度要高得多，其安全性高得多?，F在，磷酸鐵鋰單體電池比能量已提升至180Wh/Kg，電池包比能量已達到151Wh/Kg，其功率型電池的性能完全能滿足增程式電動汽車的需求。
我國有發(fā)展磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢。由中國電池工業(yè)協會牽頭，成功申訴三家外資企業(yè)磷酸鐵鋰電池專利無效，從而讓中國磷酸鐵鋰電池產業(yè)徹底擺脫國外專利束縛，為我國發(fā)展新能源汽車掃除阻礙；我國眾多企業(yè)掌握微納結構碳包覆技術，彌補了材料電導率不高的缺點；我國已建立完整的材料生產鏈，價格日趨合理；電池生產水平不斷提高，產品性能穩(wěn)定。筆者認為，磷酸鐵鋰電池應成為動力電池的發(fā)展重點，應鼓勵繼續(xù)研究、提高產品性能。
同時，筆者認為，電力系統(tǒng)的規(guī)模儲能用三元鋰離子電池也不可取，甚至用鋰離子電池也值得商榷。打個比方，這就像一座堆滿燃燒彈的活火山。去年我國山西省有兩座2MWh調頻電站起火，用的就是三星公司的三元正極18650鋰離子電池。雖然火災起因尚在論證，有人認為可能不是電池而是電氣部分的原因，但無可爭辯的事實是電池燒完了。如果換成不含有機溶劑的電池，情況就不會這么慘烈。今年7月，韓國風電場的4MW/12MWh儲能電站起火并爆炸，據報道，這是該國第四個發(fā)生燃燒事故的三元鋰離子電池儲能電站。這些事故應該引起我國鋰離子電池儲能電站決策者和建設者們的警惕和深思。
三、增程式電動車與磷酸鐵鋰電池是絕佳配對
增程式電動車是指純電動汽車上加裝增程器（任何一種發(fā)電裝置），通過在車上發(fā)電增加行駛里程。這類車的優(yōu)點突出：電池組不會過充和過放，壽命延長，安全性高；電池少，補貼退坡、取消的影響小，易于市場化；城市工況下比燃油車節(jié)油50％以上，更為省錢；可以不外接充電，少建充電樁，且能遠距離行駛；如有充電條件，城市百公里內節(jié)油率80％以上；可沿用燃油車的生產、加油設施，便于發(fā)展；新近提出的發(fā)電直驅增程式電動汽車，可免去大電流的充電和放電，不僅更節(jié)能（油），而且電池壽命更長。
如果把安全性高的磷酸鐵鋰電池用于增程式電動汽車，不但能夠提高車輛的安全性，而且比能量、比功率完全夠用，使用壽命長。此外，我國鋰資源豐富，不存在鈷、鎳資源受制約的問題。
所以，我國應將磷酸鐵鋰電池作為發(fā)展重點，使之有力地支持增程式電動汽車的市場化，它可以有效免除純電動汽車的里程、安全、價格、充電、后續(xù)電池五大焦慮。
有人認為，增程式還是要燒油，不是發(fā)展電動車的最終目標。言下之意，發(fā)展增程式電動車意義不大。對此，筆者想著重強調兩點。
一是如果我國汽車的油耗能降一半以上，年節(jié)油近2億噸，這有助于環(huán)境改善、提高能源安全。
二是純電動汽車未必是最終目標。我們要以節(jié)能減排為標準，考評各條技術路線。未來，增程式電動車的發(fā)動機很有可能不燒油而燒醇類，類似現在巴西的汽車燒乙醇。醇類由太陽能生物質轉換而來，不增加CO2排放，如果再加上發(fā)展熱效率很高的發(fā)動機，我國汽車的節(jié)能減排將取得很大突破。
鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包哪個好?就動力電池而言，目前，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池包以及鈦酸鋰電池在電動車領域都有應用。磷酸鐵鋰電池，由于安全性能穩(wěn)定、高溫性能好、重量輕等優(yōu)勢，越來越多的活躍在電動客車市場。那么，鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包哪個好?本文存能電氣小編整理了一些資料供大家閱讀。
鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包的對比：
鈦酸鋰電池：
鈦酸鋰電池是一種用作鋰離子電池負極材料-鈦酸鋰，可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池。此外，它還可以用作正極，與金屬鋰或鋰合金負極組成1.5V的鋰二次電池。普通的鈦酸鋰電池容易發(fā)生脹氣，導致電芯鼓包，電性能也會大幅下降，極大地降低了鈦酸鋰電池的理論循環(huán)壽命。
鈦酸鋰電池優(yōu)點：
1、安全穩(wěn)定性好
鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的電勢高，不易產生鋰晶枝，放電電壓平穩(wěn)，而且，因此提高了鋰電池的安全性能。鈦酸鋰電池進行測試發(fā)現，在針刺、擠壓、短路等嚴苛測試下，不冒煙、不起火、不爆炸，安全性遠高于其他鋰電池。
2、快充性能優(yōu)異
與碳負極材料相比，鈦酸鋰電池具有較高的鋰離子擴散系數，可高倍率充放電。在大大縮短充電時間的同時，對循環(huán)壽命的影響較小，熱穩(wěn)定性也較強。鈦酸鋰電池十分鐘左右即可充滿。
3、循環(huán)壽命長
鈦酸鋰電池完全充放電循環(huán)次數可達3萬次以上，在作為動力電池使用10年之后，可能還能作為儲能電池再用20年。用戶在實際使用中不用更換電池，幾乎不增加后期成本。
4、耐寬溫性能良好
一般電動汽車在零下10℃時充放電就會出現問題，鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強，在零下50℃到零上60℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國，還是在炎熱的南方，車輛都不會因電池“休克”而影響工作，消除了用戶的后顧之憂。
綜上鈦酸鋰電池的優(yōu)勢，能大幅節(jié)省充電站場地建設和人員配置成本等，更適合在公交領域的推廣應用。
鈦酸鋰電池缺點：
鈦酸鋰電池負極采用鈦酸鋰，相比負極用石墨的主流鋰電池，市場份額十分小眾。
能量密度低，成本高。特別是能量密度低是因為負極材料鈦酸鋰的原理性能決定，很難有大的突破空間。
至于鈦酸鋰電池宣稱的使用壽命長，更難被認證。電池壽命還受到正極材料、電解液、隔膜、使用溫度等綜合影響。
磷酸鐵鋰電池包：
磷酸鐵鋰電池包是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色是不含鈷等貴重元素，原料價格低且磷、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）、單位重量下電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
磷酸鐵鋰電池包優(yōu)點：
體積小，重量輕，鋰電池包的體積是鉛酸蓄電池體積的2/3,重量輕，只有鉛酸蓄電池的1/3～1/4。
循環(huán)壽命長，磷酸鐵鋰電池包循環(huán)壽命有1200～2000次，但傳統(tǒng)鉛酸電池卻只有500～900次。
充放電特性好，鋰電池包充放電電能轉換效率可大于97%，鉛酸蓄電池充放電電能量轉換效率約為80%左右。
安全環(huán)保，磷酸鐵鋰材料不含任何重金屬與稀有金屬，無毒，無論在生產及使用中均無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為綠色環(huán)保電池鋰電池。在穿刺、擠壓、過充、短路等實驗中，不爆炸、不起火。
無記憶效應，電池可以隨時充放電。
工作溫度范圍寬廣，磷酸鐵鋰電池包熱峰值可達350℃-500℃，而鉛酸電池只在200℃左右。
磷酸鐵鋰電池包缺點：
磷酸鐵鋰電池存在一些性能上的缺陷，如振實密度與壓實密度很低，導致鋰離子電池的能量密度較低；材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差；產品一致性差；知識產權問題。
鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包哪個好?
在純電動汽車領域，電池多為磷酸鐵鋰電池包或者三元鋰電池，而近來格力欲收購的銀隆客車，其核心競爭力則是另辟蹊徑的鈦酸鋰電池。國內汽車廠商應用比較多的還是三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池包。鈦酸鋰電池目前還未規(guī)?；?。并且鈦酸鋰電池價格高（生產成本高，濕度控制要求高），每瓦時9元左右，與磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池每瓦時2元左右的差距也是很大的。
鈦酸鋰電池未來市場空間將十分有限。鈦酸鋰電池做的企業(yè)少，將導致產業(yè)整體研發(fā)投入少，從目前電池企業(yè)研發(fā)投入及規(guī)劃投入看，也很少企業(yè)會重點發(fā)展鈦酸鋰電池。未來，磷酸鐵鋰電池包技術進步速度將超過鈦酸鋰電池。一般來說，電動車最好是用磷酸鐵鋰電池包，安全第一。
總結：鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包這是兩種不同的鋰電池，所使用的材料有所不同，特性也不一樣，各有優(yōu)缺點。小編認為磷酸鐵鋰電池的更好些，都說是聚合物鋰電池不爆炸，但前短時間也出現過事故的，反而這個磷酸鐵鋰的市場周期長些，更穩(wěn)定性些。
