磷酸铁锂和三元锂电池性能有什么差异？

1.1实验材料选择

正极材料磷酸铁锂和镍钴锰配比为1∶1∶1的三元材料，负极选用MCMB，电解液选用EC、PC、EMC和DEC组成的混合溶剂，电解质为LiPF6作为锂盐，隔膜选用单层PP25 μm。

1.2多孔膜电极与复合薄膜电极的制备

采用方形铝壳LP2770102电池的壳、盖及内部相同的多极耳卷绕结构，按照电池制作工艺分别制作正极材料为磷酸铁锂和三元材料的两种电池。得到磷酸铁锂电池平均容量、内阻、质量分别为7.2 Ah、1.06 mΩ、361 g;三元材料平均电池8.6 Ah、1.12 mΩ、360 g。

1.3分析与测试

测试条件为:三元材料电池充放电电压控制范围为2.5~4.2 V，1 C =7.5 A，磷酸铁锂材料电池充放电电压控制范围为2.0~3.65 V，1 C =6.5 Ah，无特殊说明测试温度为(25±2)℃。

2结果与讨论

2.1放电性能测试

相同体积电池，正极使用三元材料比使用磷酸铁锂材料放电容量高19.4%，比能量高37.5%，放电比功率高39.7%。由于三元材料质量比容量、压实密度均高于磷酸铁锂材料，所以使用三元材料电池放电有较大优势。

2.2充电性能比较

从图2和表2可见，三元材料电池与磷酸铁锂材料电池在不大于10 C充电时，恒流充电容量/总容量比例无明显差距，10 C以上倍率充电时，磷酸铁锂电池恒流充电容量/总容量比例较小，充电倍率越大，恒流充电容量/总容量比例与三元材料电池差距越明显，这主要与磷酸铁锂在30%~80%SOC是电压变化较小有关，如负极使用软碳或硬碳，磷酸铁锂电池大倍率充电性能够达到三元电池的水平。

2.3循环性能比较

三元材料电池循环3 900次剩余容量66%，磷酸铁锂电池循环5 000次剩余容量84%，循环寿命比三元材料电池，磷酸铁锂电池优势明显。按照剩余容量/初始容量=80%作为测试结束点，目前三元材料电池实验室1 C循环寿命在2 500次左右，磷酸铁锂电池实验室1 C循环寿命在3 500次以上，部分达到5 000次以上。

在55 ℃条件下放电，三元材料电池与磷酸铁锂在常温下比较，放电容量都没有差别，-20 ℃条件下放电，三元材料电池放电容量/常温容量比例比磷酸铁锂电池高15%。

本文通过制作相同结构的电池，得出三元材料与磷酸铁锂材料在HEV电池应用优缺点，三元材料在电池比能量、比功率、大倍率充电、低温性能等方面有优势，循环性能方面则是磷酸铁锂材料优势明显，在安全方面磷酸铁锂电池也优于三元材料。在选用电池时可根据不同用途选择，如大巴车空间较大，对电池比能量和比功率要求相对较低，可选择磷酸铁锂材料电池，发挥其循环性能好的特性，轿车空间有限，电池用量小，则选用高比能量与高比功率三元材料电池更为合适。　　在第二个层面上，各种磷酸铁锂电池的区别表现在价格和安全性上，而安全性是一种性能表现，是根本决定不同流派动力锂电池地位的因素。从正极材料来看，锂离子电池可分为钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂四类。钴酸锂电池工业化程度最高，技术最成熟，但由于安全性的考虑，主要用于手机、数码产品等小型电池领域。在剩下来的三种锂电池中，磷酸铁锂电池以其成本和循环寿命的优势而被业界看好，成为中国动力锂电池的发展方向。

 

　　在我国，磷酸铁锂电池及其材料的产业化发展与国际基本同步，放眼前途，其应用领域或将由电动汽车、电动自行车、电动工具领域渗透进风电、太阳能发电装置、医疗器械、矿灯等领域。若根据10%~20%的年增长率计算，光是现有四大应用领域(电动汽车、电动自行车、电动代步车、电动工具)，动力锂电池就将在未来5年拥有150亿元的市场规模。如果全部采用磷酸铁锂电池作驱动的话，届时，磷酸铁锂正极材料将达到45亿元的市场规模。

 

　　我国磷酸铁锂虽然站在了国际起跑线上，但我们这个同步是“跟风而起”的，因而低端制造较为发达，而高端创新欠缺，这一方面使得中国产品成本较低，但同时也使自己在这一方面处于产业化临界点之下，尤其是专利上仍受极大困扰。