什么是磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池与三元锂电池的优缺点
来源：宝鄂实业
2019-03-29 12:52
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最近几年，新能源汽车异常火爆，促使国内动力电池行业爆发式增长，动力电池是电动汽车的核心，电动汽车使用的电池主要是磷酸铁锂电池与三元锂电池，下面主要讨论磷酸铁锂电池与三元锂电池各自的优缺点。
目前国内新能源汽车主要使用的是磷酸铁锂动力电池，但磷酸铁锂动力电池的理论能量密度有限，磷酸铁锂电池单体能量密度为120Wh/kg，成组后能量密度为80Wh/kg，因此现企业正在积极研发能量密度更高的磷酸铁锰锂材料新型动力锂电池。而三元电池能量密度较高，三元锂电池单体能量密度为180Wh/kg，成组后110Wh/kg，相应的市场优势明显。因此在能量密度方面，三元锂电池优于磷酸铁锂电池。
从安全性上来讲，磷酸铁锂电池比三元电池更具有优势。原因在于三元材料中镍钴铝18650电池超过180℃就会自加热，起火后很难控制，而磷酸铁锂材料到250℃才会发生放热现象。从循环寿命方面来讲，磷酸铁锂电池与三元电池相当，单体电芯的循环寿命在3000次以上，成组后，因工作环境复杂，使用寿命有所下降。
总的来讲，磷酸铁锂电池理论能量密度有限，没有提升的空间，而三元锂电池还有很大的提升空间，但是三元电池的安全性没有磷酸铁锂电池高，两者的循环寿命相当。因两者各有优缺点，因此应用领域也有所不同。动力电池企业应该要更加注重电池的安全，加强生产监控，严格保证质量，才能保证新能源汽车的使用安全和乘用人的人身安全。
磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。
意义
截止本人增补此词条(2013年4月24日)，金属交易市场，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。
作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。
结构与工作原理
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。
主要性能
LiFePO4电池的标称电压是3.2V、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%)。
磷酸铁锂动力电池主要性能列于表1。为了与其他可充电电池的相比较，也在表中列出其他种类可充电电池性能。这里要说明的是，不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会有一些差别;另外，有一些电池性能未列入，如电池内阻、自放电率、充放电温度等。
磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别，可以分成三类：小型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。这里再介绍一种目前应用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池的参数。其外廓尺寸：直径为18mm、高650mm(型号为18650)，其参数性能如表2所示。
过放电到零电压试验
采用STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂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。
