磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池，有什么區(qū)別？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-29 13:03
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磷酸鐵鋰電池的全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池，這名字太長，簡稱為磷酸鐵鋰電池。由于它的性能特別適于作動力方面的應(yīng)用，則在名稱中加入“動力”兩字，即磷酸鐵鋰動力電池。也有人把它稱為“鋰鐵(LiFe)動力電池”。
意義
截止本人增補(bǔ)此詞條(2013年4月24日)，金屬交易市場，鈷(Co)最貴，并且存儲量不多，鎳(Ni)、錳(Mn)較便宜，而鐵(Fe)最便宜。正極材料的價格也與這些金屬的價格行情一致。因此，采用LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應(yīng)是最便宜的。它的另一個特點(diǎn)是對環(huán)境無污染。
作為充電電池的要求是：容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環(huán)性能、輸出電壓穩(wěn)定、能大電流充放電、電化學(xué)穩(wěn)定性能、使用中安全(不會因過充電、過放電及短路等操作不當(dāng)而引起燃燒或爆炸)、工作溫度范圍寬、無毒或少毒、對環(huán)境無污染。采用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰電池在這些性能要求上都不錯，特別在大放電率放電(5～10C放電)、放電電壓平穩(wěn)上、安全上(不燃燒、不爆炸)、壽命上(循環(huán)次數(shù))、對環(huán)境無污染上，它是最好的，是目前最好的大電流輸出動力電池。
結(jié)構(gòu)與工作原理
LiFePO4電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳(石墨)組成的電池負(fù)極，由銅箔與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。
LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負(fù)極遷移;在放電過程中，負(fù)極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的。
主要性能
LiFePO4電池的標(biāo)稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。由于各個生產(chǎn)廠家采用的正、負(fù)極材料、電解質(zhì)材料的質(zhì)量及工藝不同，其性能上會有些差異。例如同一種型號(同一種封裝的標(biāo)準(zhǔn)電池)，其電池的容量有較大差別(10%～20%)。
磷酸鐵鋰動力電池主要性能列于表1。為了與其他可充電電池的相比較，也在表中列出其他種類可充電電池性能。這里要說明的是，不同工廠生產(chǎn)的磷酸鐵鋰動力電池在各項(xiàng)性能參數(shù)上會有一些差別;另外，有一些電池性能未列入，如電池內(nèi)阻、自放電率、充放電溫度等。
磷酸鐵鋰動力電池的容量有較大差別，可以分成三類：小型的零點(diǎn)幾到幾毫安時、中型的幾十毫安時、大型的幾百毫安時。不同類型電池的同類參數(shù)也有一些差異。這里再介紹一種目前應(yīng)用較廣的小型標(biāo)準(zhǔn)圓柱形封裝的磷酸鐵鋰動力電池的參數(shù)。其外廓尺寸：直徑為18mm、高650mm(型號為18650)，其參數(shù)性能如表2所示。
過放電到零電壓試驗(yàn)
采用STL18650(1100mAh)的磷酸鐵鋰動力電池做過放電到零電壓試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：用0.5C充電率將1100mAh的STL18650電池充滿，然后用1.0C放電率放電到電池電壓為0C。再將放到0V的電池分兩組：一組存放7天，另一組存放30天;存放到期后再用0.5C充電率充滿，然后用1.0C放電。最后比較兩種零電壓存放期不同的差別。
試驗(yàn)的結(jié)果是，零電壓存放7天后電池?zé)o泄漏，性能良好，容量為100%;存放30天后，無泄漏、性能良好，容量為98%;存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到100%。
這試驗(yàn)說明該電池 即使出現(xiàn)過放電(甚至到0V)，并存放一定時間，電池也不泄漏、損壞。這是其他種類鋰離子電池不具有的特性。
中國的新能源汽車市場可說發(fā)展的越來越快，之所以發(fā)展快速，很大部分原因離不開國家對新能源汽車的補(bǔ)貼政策，在政府的大力支持下，新能源汽車快速前進(jìn)，車企對“續(xù)航里程”的追求也越來越高，新能源汽車的核心部件“電池”也是“優(yōu)勝劣汰”，三元鋰電池逐漸被新能源汽車廣泛應(yīng)用。
但是隨著2018年補(bǔ)貼政策大幅度下調(diào)，以前常被應(yīng)用的磷酸鐵鋰電池能否重新取代三元鋰電池，成為新能源汽車的“寵兒”呢？筆者認(rèn)為可能性較小，但是至少在大型客車和公共交通方面，磷酸鐵鋰電池依然會被廣泛應(yīng)用。
在目前市場上，大多數(shù)新能源汽車主要使用的是三元鋰電池，磷酸鐵鋰電池，錳酸鋰電池。那么相比之下，磷酸鐵鋰電池有什么優(yōu)勢能夠支持它逆襲呢？
三元鋰電池
三元鋰電池的優(yōu)勢是能量密度高，循環(huán)性能好，續(xù)航里程大，比較適合未來新能源汽車電池的發(fā)展趨勢，而且適合北方天氣，低溫環(huán)境下電池更加穩(wěn)定。不過它最大的劣勢就是三元鋰材料不穩(wěn)定，容易在200度左右發(fā)生分解，并且在高溫環(huán)境下電解液會迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)，這也是為什么現(xiàn)在有些新能源汽車發(fā)生碰撞后容易自然的原因。
但是對于很多消費(fèi)者來說，現(xiàn)在新能源汽車的續(xù)航里程仍然是它們所擔(dān)心的一個問題，所以不管有沒有補(bǔ)貼，消費(fèi)者都是希望電動汽車的續(xù)航里程能夠更長，反之，汽車廠商不管有沒有補(bǔ)貼肯定也希望自己的電動汽車?yán)m(xù)航里程能夠越大越好，畢竟這樣消費(fèi)者才會買單，所以這時候三元鋰電池的優(yōu)勢就很重要了，這也是為什么很多廠商愿意選擇三元鋰電池的原因。
磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰電池的最大優(yōu)勢就是安全穩(wěn)定性。它是目前最安全的鋰離子電池正極材料，而且循環(huán)使用壽命可達(dá)2000次以上，比三元鋰電池壽命更長。但是它的劣勢就是能量密度低，而且耐低溫性能較差，在低溫環(huán)境下工作不僅壽命低，放電效率也低。此外體積大，較重，會占用車內(nèi)大量空間。所以這種安全性較高但是能量密度較低的電池一般應(yīng)用于公共交通方面。不過對于家用車來說現(xiàn)在一般較少采用。
錳酸鋰電池
錳酸鋰電池是前兩年比較主流的動力電池，但是隨著對續(xù)航里程的追求，現(xiàn)在也漸漸被三元鋰電池所超越。錳酸鋰電池在這三種電池中價格最便宜，工作電壓高，倍率性能好，低溫工作性能好，缺點(diǎn)是能量密度較低，使用壽命一般，尤其是高溫循環(huán)性能差，而安全穩(wěn)定性則是三者中的中等水平。
就目前新能源市場上主要使用的三種電池比較來看，就憑續(xù)航里程這一點(diǎn)，三元鋰電池就牢牢占據(jù)榜首。而且就算是在現(xiàn)階段補(bǔ)貼下降的情況下，三元鋰電池在能量密度上也占據(jù)很大優(yōu)勢。不過從安全性上來看，磷酸鐵鋰電池在今后還是有很大發(fā)展空間的，不過前提還是在解決了里程問題之后，畢竟目前消費(fèi)者對于電動汽車的續(xù)航里程追求更大，所以磷酸鐵鋰電池想借補(bǔ)貼退坡逆襲可能性較小。
