磷酸铁锂电池与三元锂电池的优缺点
来源：宝鄂实业
2019-03-12 13:43
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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。
满电态的LFP的放热明显高于NCM材料，这对于电池内部电解液稳定性、隔膜稳定性都会造成不良影响。说明LFP阻抗大产热高，热导率比NCM差； TMA：热膨胀 LFP＞NCM； 质量变化 LFP＞NCM。NCM材料热跟踪段自约60℃开始，LFP-99℃开始。NCM 材料在410℃达到温峰，LFP在366℃达到温峰。对比，在350℃内NCM的反应热变化明显高于LFP，NCM材料热跟踪阀值低于LFP，反应速率NCM高于LFP，但热焓增加LFP为突发性的，NCM则表现为线性热焓变，所以在进行热跟踪采集监控上NCM更好于LFP，更适合于动力应用。
以上从材料、结构、体系的产热作以分析，但就LFP和NCM做正极材料来下结论电池安不安全是不科学的，电池的安全性不单取决于一种正极材料，假设即便取决于材料也绝不是正极材料，如果达到正极材料的热失控温度点或反应温度拐点，好多有机材料早就着了，故在锂离子电池制造中材料间的相容度、电池结构设计、体系设计、电池制造环境因素、电池的工艺控制，电池组设计集成技术、电池组热管理与充放电控制，电池的使用管理等诸多因素都会对电池造成安全隐患。故单从三元材料的使用就影响电池的安全性说法是不负责任的也是不科学的，另，拟停止使用三元材料电池的作法更是荒诞，试问目前国内外着火的车辆中那个又少了LFP材料作的电池呢？
安全性：限制三元材料在商用电动车上应用无疑是从材料的安全性上考虑的，那我们来分析两款材料的实际安全性。磷酸亚铁锂电池比较三元材料电池安全的理论依据：行业内普遍认为磷酸亚铁锂材料比三元材料安全性更好，所以大型商务电动车不可以用三元材料而要使用磷酸亚铁锂材料就是基于上面的几种材料的热分析得出的数据。磷酸亚铁锂的热分解温度在270℃，没有包覆的镍酸锂材料的热分解温度在214℃。而且磷酸亚铁锂分解产热比较少，这就是磷酸亚铁锂比三元材料更安全的理论基础。
这个理论依据移植到锂离子电池体系会是什么样的，我们从材料到电池体系的角度分析又会是什么样的情形。
动力电池路线之争：三元锂or磷酸铁锂 有所限制可行吗？
A、现在动力电池所使用的不管是111或者523的镍钴锰三元材料，由于锰的加入和氧化铝的包覆，其分解析氧温度都达到230℃，材料本身和磷酸亚铁锂的热分解温度在减小。
B、锂离子电池体系中PP隔膜的热熔温度在135-140℃，PE隔膜的热熔温度在125-130℃，经过150℃高温烘烤的电池拆开内部隔膜都已经熔化，正负极已经短路。锂离子电池发生着火爆炸的最大原因在于内部短路造成正负极直接接触产生大量的热导致连锁反应（正负极反应产热、负极与电解液反应、六氟磷酸锂分解产热导致温度升高，化学反应速度加快，同时电解液溶剂气化导致电池内压增大也加速内部化学反应速度。
C、 锂离子电池体系的有机电解液的沸点都比较低，溶剂组分的沸点从80-150℃不等，溶质六氟磷酸锂的热分解温度也低于100℃，而且有机溶剂都是易燃物，这个温度远远低于镍钴锰三元材料的热分解温度。
D、在锂离子电池的破坏性测试过程中，不管是磷酸亚铁锂为正极的电池还是镍钴锰三元材料正极的电池，在加热超过180℃的情况下，都会发生起火爆炸，而这个温度远远低于三元材料或者磷酸亚铁锂材料的分解温度。也就是说发生的锂离子电池着火爆炸根本原因不是正极材料的热分解温度低30℃造成的着火爆炸。
总之，材料的安全并不意味着电池的安全，磷酸铁锂代表安全是一个伪命题，不管是磷酸亚铁锂还是三元材料的电池发生起火爆炸都是在材料的热分解温度之下发生的。镍钴锰三元材料并不是锂离子电池发生安全事故的最短板。电池的安全是个大系统的安全，包括正极材料之外的所有原材料，科学的电池设计、可控的低缺陷的高CPK的工艺制程、全流程的品质管控、可靠性高的自动化设备和生产员工的自动化理念。磷酸亚铁锂就等于安全是不对的，这种观念在电池行业理解的还是比较清楚的，但是这种观点传播开了，非锂电池行业的就会把它当成真理去传播。
