磷酸鐵鋰和三元鋰電池相比到底有什么不同？哪種好？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-11 21:38
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1、實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)材料選擇
正極材料磷酸鐵鋰和鎳鈷錳配比為1∶1∶1的三元材料，負(fù)極選用MCMB，電解液選用EC、PC、EMC和DEC組成的混合溶劑，電解質(zhì)為LiPF6作為鋰鹽，隔膜選用單層PP25 μm。
1.2多孔膜電極與復(fù)合薄膜電極的制備
采用方形鋁殼LP2770102電池的殼、蓋及內(nèi)部相同的多極耳卷繞結(jié)構(gòu)，按照電池制作工藝分別制作正極材料為磷酸鐵鋰和三元材料的兩種電池。得到磷酸鐵鋰電池平均容量、內(nèi)阻、質(zhì)量分別為7.2 Ah、1.06 mΩ、361 g;三元材料平均電池8.6 Ah、1.12 mΩ、360 g。
1.3分析與測試
測試條件為:三元材料電池充放電電壓控制范圍為2.5~4.2 V，1 C =7.5 A，磷酸鐵鋰材料電池充放電電壓控制范圍為2.0~3.65 V，1 C =6.5 Ah，無特殊說明測試溫度為(25±2)℃。
2.1放電性能測試
從圖1與表1可得出，相同體積電池，正極使用三元材料比使用磷酸鐵鋰材料放電容量高19.4%，比能量高37.5%，放電比功率高39.7%。由于三元材料質(zhì)量比容量、壓實(shí)密度均高于磷酸鐵鋰材料，所以使用三元材料電池放電有較大優(yōu)勢。
2.2充電性能比較
從圖2和表2可見，三元材料電池與磷酸鐵鋰材料電池在不大于10 C充電時(shí)，恒流充電容量/總?cè)萘勘壤裏o明顯差距，10 C以上倍率充電時(shí)，磷酸鐵鋰電池恒流充電容量/總?cè)萘勘壤^小，充電倍率越大，恒流充電容量/總?cè)萘勘壤c三元材料電池差距越明顯，這主要與磷酸鐵鋰在30%~80%SOC是電壓變化較小有關(guān)，如負(fù)極使用軟碳或硬碳，磷酸鐵鋰電池大倍率充電性能夠達(dá)到三元電池的水平。
2.3循環(huán)性能比較
三元材料電池循環(huán)3 900次剩余容量66%，磷酸鐵鋰電池循環(huán)5 000次剩余容量84%，循環(huán)壽命比三元材料電池，磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢明顯。按照剩余容量/初始容量=80%作為測試結(jié)束點(diǎn)，目前三元材料電池實(shí)驗(yàn)室1 C循環(huán)壽命在2 500次左右，磷酸鐵鋰電池實(shí)驗(yàn)室1 C循環(huán)壽命在3 500次以上，部分達(dá)到5 000次以上。
不同溫度電池的放電比較如圖4所示。在55 ℃條件下放電，三元材料電池與磷酸鐵鋰在常溫下比較，放電容量都沒有差別，-20 ℃條件下放電，三元材料電池放電容量/常溫容量比例比磷酸鐵鋰電池高15%，目前，鋰離子動(dòng)力電池按材料不同可分為磷酸鉄鋰電芯（LFP）、三元電芯（NCM /NCA）、錳酸鋰電芯（LMO）、鈦酸鋰電芯（LTO）；按外觀形態(tài)可分為圓柱金屬殼電池（18650、26650、32650、20700/26800等）、軟包電池、方形金屬殼電池。
（2）國內(nèi)外技術(shù)路線
關(guān)于汽車用動(dòng)力電池技術(shù)路線，國內(nèi)外各有不同。
在國內(nèi)，2014年以方形鋁殼+磷酸鉄鋰為主，2015年開始，方形鋁殼+磷酸鉄鋰和18650+三元并駕齊驅(qū)。在國外，汽車動(dòng)力電池以三元（或稱錳系）體系為主。
2.2 磷酸鐵鋰與三元技術(shù)之爭
（1）優(yōu)缺點(diǎn)
磷酸鉄鋰電池（LFP）
優(yōu)點(diǎn)：安全性好、循環(huán)壽命長、高溫性能好、在國內(nèi)汽車上應(yīng)用相對成熟
缺點(diǎn)：比能量低、成本高
適合應(yīng)用領(lǐng)域：公交車、大巴車等
三元電池（NCM /NCA）
優(yōu)點(diǎn)：比能量高、成本低
缺點(diǎn)：發(fā)熱量大、循環(huán)壽命短、國內(nèi)應(yīng)用時(shí)間較短
適合應(yīng)用領(lǐng)域：專用車、乘用車（包括微型車等）
磷酸鐵鋰和三元，優(yōu)缺點(diǎn)非常明確，根據(jù)國內(nèi)的pack水平，以及不同的應(yīng)用領(lǐng)域，在今后幾年內(nèi)，磷酸鐵鋰和三元必定并駕齊驅(qū)。
