简述磷酸铁锂和三元锂电池之间的区别

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)℃。

 

2.1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

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。

 

2.4不同温度放电测试

 

不同温度电池的放电比较如图4所示。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%，如表3所示。

 

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。三元锂电池产业发展较先进的是韩国、日本和中国。由于三元锂电池能力密度高，续航里程相对较长，目前在乘用车领域的应用成绩斐然。但其在安全性、耐高温性、寿命等方面存在不足，2016年工信部曾一度暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录，又于2017年起正式解禁三元锂电池客车使用，但要满足《电动客车安全技术条件》。

 

　　目前在磷酸铁锂领域掌握较为成熟的量产技术的国家主要有美国、加拿大和中国。相比三元锂电池，磷酸铁锂电池由于安全性能稳定、高温性能好、重量轻等优势，目前广泛应用于纯电动客车。但其在低温性能、 正极材料振实密度等方面存在不足，在工作效率方面不具备优势。

 

　　另外还有一种当下备受市场关注的电池——钛酸锂电池。目前具备钛酸锂材料并达成动力和产业化应用的企业只有两家，日本东芝和中国银隆。钛酸锂电池是锂电中寿命最长、安全性最高的电池，并且可以实现6分钟快充放、-50℃-60℃耐宽温。论生命周期，普通锂离子电池约为1000-2000次循环，钛酸锂则是3万次循环，是前者的15倍。但是这种材料的电池有一种天然的缺憾：能量密度偏低，制约了其续航里程，可钛酸锂快速充电的特性又很好地弥补了其续航里程不够的短板，目前在商用车市场备受青睐。