钜大LARGE | 点击量：693次 | 2021年11月24日
磷酸铁锂离子电池：危机下的快充突围
不同的电池材料体系，有着不同的优缺点，新的电池材料体系迭出，大有“青出于蓝而胜于蓝”的趋势，尤其是三元材料在电动大巴上解禁之后，该体系有着越来越高的呼声。磷酸铁锂材料体系作为当前电池材料体系的中坚力量，在其能量密度越来越接近上限的时候，是否还有其他的杀手锏以确保其自立于市场？磷酸铁锂离子电池材料的前景颇受关注。
磷酸铁锂的“危”与“机”
锂离子电池的正极材料重要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。从工作原理上讲，磷酸铁锂也是锂离子的嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂、锰酸锂等相同。磷酸铁锂经常被拿来与三元锂离子电池做比较，二者经常成为业内争议的焦点。
这两种材料都会在一定温度下发生分解，三元材料在200摄氏度左右即发生分解，而磷酸铁锂材料在800摄氏度左右分解，这意味着，三元材料更易成为火灾事故“帮凶”，三元电池要实现和磷酸铁锂同样程度的安全水平，对技术和工艺的要求更高。
然而，磷酸铁锂的能量密度低于三元电池。磷酸铁锂离子电池单体能量密度约145Wh/kg，相比之下，三元电池能量密度较高，三元锂离子电池单体能量密度约220Wh/kg。因此，鉴于磷酸铁锂的材料特性，业内频传磷酸铁锂离子电池能量密度提升空间有限，未来或被其他电池体系取代。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
在知识产权日益被重视的当下，磷酸铁锂于此不及三元，这对磷酸铁锂离子电池的发展有所掣肘。最早有关磷酸铁锂的专利申请在1993年六月二十五日由FXMITTERMAIER&SOEHNEOHG(DE)获得，并于同年八月十九日公布申请结果。磷酸铁锂的基础专利被美国德州大学所有，而碳包覆专利被加拿大人所申请，这两个基础性专利很难绕过去。而业内机构2017年对车用镍钴锰三元锂离子电池行业全球专利的统计显示，无论是其他国家的专利布局还是我国境内的技术创新保护意识，锰钴镍三元锂离子电池的技术研发都是当前的技术热点，我国镍钴锰三元锂离子电池专利申请量在世界上遥遥领先。因此，在专利方面，磷酸铁锂的优势不及三元电池。
在能量密度方面，磷酸铁锂的天花板略低，可发挥空间不大，但在用户所关心的充电速度方面打开了一扇窗。快充作为新能源汽车发展必须攻克的技术路径，其有关缓解续航里程焦虑、减少充电时间等有着明显的用途，因此，快充成为车企和电池公司的发力方向，也成为磷酸铁锂离子电池未来应用的一个亮点。
此外，在2016年十二月底公布的新能源汽车补贴调整方法中，“3C-5C、5C-15C、15C+”三个档次的快充倍率，可分别获得0.8倍、1倍、1.4倍补贴，在该政策激励下，走磷酸铁锂技术路线的公司加大了在快充方面的研发力度，快充使磷酸铁锂离子电池获得了的新突破点。
快充——磷酸铁锂离子电池的新突破点
快充技术的核心就是在不影响电芯寿命和安全性的前提下，通过化学体系的设计，加速锂离子在正负极移动的速度，很多快充技术都是围绕这一点进行优化。对磷酸铁锂离子电池快充的研发，宁德时代和沃特玛具有代表性。
宁德时代的磷酸铁锂快充技术比较成熟，正极方面，宁德时代开发了“超电子网”技术，在确保快充电池系统的安全性和可靠性的基础上，使磷酸铁锂的电子具有优异的导电性能，可达三元材料的1000倍。负极方面，宁德时代采用“快离子环”技术，在石墨表面打造一圈“高速公路”，加快了锂离子在石墨层的嵌入，充电倍率可达4C~5C，并能保证系统级别70Wh/kg以上的能量密度，实现10000次的循环寿命。此外，为了让快充适应不同的工作环境，宁德时代还专门开发了热管理系统，确保在低温和高温的环境里实现快充。
宁德时代总裁黄世霖表示，宁德时代将开发更成熟的电池快充技术，配合充电需求布设专业化集中充电站，满足市场对远距离行驶和短时间充电的需求。据了解，宁德时代将逐步提升电池能量密度，提高电动汽车的续航里程，2017年年底前推出新技术，争取生产出充电10分钟、续航300公里的电池产品。
通过对沃特玛的调研和相关资料的查阅，电池我国网了解到，沃特玛是磷酸铁锂材料体系的坚定拥护者，它在磷酸铁锂快充方面一直在发力。正极方面，沃特玛使用粒径更小的磷酸铁锂材料，目前市场上普遍的磷酸铁锂粒径在300~600nm之间，而沃特玛只用100~300nm的磷酸铁锂材料，从而使锂离子拥有更快的迁移速度，可实现更大倍率的电流进行充放电。在负极端，沃特玛同样采用粒径更小的人造石墨进行碳包覆——小粒径有利于锂离子的脱离和嵌入;碳包覆能对电池的循环寿命进行优化改善，微孔的碳结构有利于电解液的吸附，从而起到改善循环寿命的用途。
在安全防护措施方面，沃特玛电池采用圆柱结构，并在常规安全装置外设有通气管装置和拉断开启装置。通气管装置能保证内部气压的平衡，可防止电芯内局部气压过高导致电池爆炸的风险;而拉断开启装置在电池过充、过流、过热的情况下，会产气断开电路，终止电池内部的电化学反应，防止爆炸的发生。
磷酸铁锂离子电池近年来一直在电池体系中担纲主角，尽管理论能量密度上升空间有限，多传终将被其他电池材料取代，但磷酸铁锂找到了新的突破点，在快充方面向其他电池材料体系发起了挑战。可以预见，未来，凭快充“一招鲜”，磷酸铁锂就可以走得更远。
