比亚迪铁电池丰田全固体电池优缺点对比

在日本，围绕安全性优于目前主流锂离子电池的新一代电池——“全固体电池”的研发正不断涌现成果。日本东北大学与丰田汽车将全固体电池的充电时间缩短到了传统电池的10分之1。东北大学的其他研发团队则开发出轻量的全固体电池，并降低了工作温度。另外，韩国三星电子也正在开发提高全固体电池使用寿命的技术。在日本国内外，面向实用化的开发竞争正日趋激烈。

作为锂电池主要材料的电解液中含有容易着火的有机溶剂。而全固体电池使用固体电解质而非液体电解液。由于锂离子在不易燃烧的固体电解质中移动，因此将大幅提高安全性。虽然理论上相比使用电解液的电池，全固体电池的蓄电量更多、输出功率也更大，但此前研发的全固体电池却在性能上一直难以超过传统电池，投入实用存在困难。

在研究中，日本东北大学的一杉太郎副教授等人关注到了电解质和电极界面的问题。通过使用真空装置，并调整电池的制作方法，使电解质和电极完美贴合。由于界面紧密贴合，锂离子易于在电池中移动。解决了固体电解质和电极受缝隙和杂质影响无法紧密贴合的课题。

在使用试制的全固体电池进行的实验中，充电时间从使用电解液的传统电池所需的30分钟以上缩短至3分钟。如果将全固体电池用于纯电动汽车(EV)的电池，将实现快速充电。今后将与丰田和电池厂商共同推进开发。

同为东北大学的折茂慎一教授和宇根本笃讲师等人使用锂和氢的化合物作为电解质，将全固体电池的重量减轻了一半以上。此前研发的使用硫化物和氧化物作为电解质的全固体电池要比使用电解液的电池更重。

使用锂和氢的化合物后，存在只有在高温环境下才能工作的问题，但通过对电解质的成分等进行改进，由原来的120摄氏度降低到了90摄氏度。今后的目标是使该电池在室温下实现正常工作。计划与三菱瓦斯化学合作，力争5年后作为纯电动车等配备的电池达到实用水平。

三星电子提高了使用硫化物的全固体电池的耐久性。反复充放电500次后仍可维持约80%的容量，已接近实用水平。此前存在反复充放电后容量急速减少的课题。但通过对正极的结构进行精心改进，并在正极内均匀分散容易通电的物质，解决了这一课题。这一成果已在上个月于京都市举办的电池研讨会上发布。

目前作为主流的锂离子电池单位体积的输出功率较高，蓄电量也大。主要用于便携终端及纯电动车等。不过发热可能导致破损，有观点指出存在安全隐患。

新一代电池：配备现有锂离子电池的纯电动汽车充满一次电的行驶距离仅为200公里左右。而汽油车在加满油的情况下可行驶约500公里。新一代电池的目标是将性能提高到与汽油车等同等或以上的水平。还力争提高安全性和耐久性，缩短充电时间。

目前正在开展研发的新一代电池除了全固体电池及钠离子电池之外，还包括使用空气中的氧实现轻量化的空气电池、使用镁离子等蓄电量较多的多价离子电池等。

和“全固体电池”类似，经近几年的电动车实际运行检验，比亚迪铁电池的安全性得到业界巨头的肯定，但相比于“全固体电池”铁电池有哪些优缺点呢？

其实锂电池只是一个统称，如果按照其正极材料等进行细分的话，还会有钴酸锂、锰酸锂以及磷酸铁锂，下面结合铁电池原理对其优缺点进行阐述。

什么是磷酸铁锂电池

锂离子电池内部主要由正极、负极电解质和隔膜组成，锂离子电池的正、负极及电解质根据所使用材料的不同，会使电池有着不同的性能表现以及不同的名称。目前市面上比较常见的锂电池分为钴酸锂（LiCoO2）和锰酸锂（LiMn2O4），以及本篇文章中的主角——磷酸铁锂（LiFePO4）。

作为锂电池的一种，磷酸铁锂主要用途就是动力系统领域，比如电动汽车、特种航天、电动工具以及UPS，由于其有着出色的结构稳定性、安全性能以及较长的使用寿命，所以更加适合用在动力系统领域中使用。相比使用其他正极材料的锂离子电池来说，磷酸铁锂电池至少具备五大优点。

五大优势安全长寿

相比目前市面上较为常见的钴酸锂和锰酸锂电池来说，磷酸铁锂电池至少具有以下五大优点：更高的安全性、更长的使用寿命、不含任何重金属和稀有金属（原材料成本低）、支持快速充电、工作温度范围广。

更高的安全性

磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，表现在磷酸根化学键的结合力比传统的过度金属氧化物结构化学键强，所以结构更加稳定，并且不易释放氧气。

更长的使用寿命

目前市面上多数移动电源内部所使用的锂离子电芯，循环使用寿命基本在500次-800次左右，而磷酸铁锂电池则有着至少2000次以上的使用寿命，并且其容量还能维持在80%以上。所以如果移动电源内部储电单元为磷酸铁锂的产品，有着绝对的正常使用寿命优势。

不含任何重金属和稀有金属

磷酸铁锂电池正极材料中不含贵重金属和稀有金属，所以更加环保，能够有效减少环境的污染。另外，广泛的材料来源也让其材料成本更低，在价格上更优优势。

支持快速充电

在充电速度上，磷酸铁锂同样有着更大的优势，支持快充的特性让其可支持至少2C的充电速度（C为充电参数，比如容量为1000mAh的电芯，2C电流即为1000mA×2=2000mA）。能够大幅度缩短充电时间。

工作温度范围广

相比其他锂电池来说，磷酸铁锂电池有着更大的工作温度范围，在-20°C至+75°C下均可正常工作，一些具有耐高温特性的磷酸铁锂电池还可以在350°C至500°C范围内正常工作，相比锰酸锂和钴酸锂的200°C极限值有着更多的优势。

所以，相比钴酸锂和锰酸锂电池来说，磷酸铁锂最为明显的优势就是极高的安全系数、支持快速充电（大电流充电）和更宽广的工作温度范围。可以让消费者不必再为锂电池的安全问题而担心的同时，也能够在更加恶劣的环境中正常使用。不过，相比目前使用广泛的钴酸锂和锰酸锂电池来说，磷酸铁锂也存在着一些不足，请看下文。

三大缺点仍不完美

在简单介绍完磷酸铁锂电池的优点之后，再来让我们看看目前存在的一些不足。主要分为振实密度低、存在一致性问题和较高的制作成本三方面。

振实密度低

对于锂离子电池来说，振实密度的大小能够决定在相同容量下电池的体积大小，而较低的振实密度是目前磷酸铁锂电池需要亟待解决的一个缺点。相比钴酸锂和锰酸锂来说，相同容量的磷酸铁锂电池体积则要更大，这也就是为什么磷酸铁锂电池没有在手机电池等领域兴起的一个原因。

一致性问题

虽然磷酸铁锂电池相比钴酸锂和锰酸锂电池来说，在寿命上有着绝对的领先优势。不过在电池组模式下时，其寿命会大幅降低。因为电池组是由大量单体电池通过串并的方式连接到一起的，如果整个电池组中有一个电池出现故障，那么更换则非常麻烦，这也就是为什么目前电动汽车内电池组标称的循环寿命同样为500次的原因。

较高的制作成本

由于磷酸铁锂正极中的材料物理性能和其他锂电池材料相差较大，粒度小，振实密度小等因素的影响，所以在制作工艺上的工艺要求较高，加上其标称电压为3.2V，低于普通3.7V的锂电池电压，所以在制造整个电池组成本和相关制造设备和工艺上的要求要高于其他锂电池。

除了以上介绍磷酸铁锂电池的三大弊端之后，还有一个潜在的问题在阻碍磷酸铁锂电池的发展，就是正极材料的专利纷争问题。让目前磷酸铁锂的整体成本要高于早已普及的钴酸锂和锰酸锂电池。不过值得欣慰的是，近期其专利问题已经得到缓解。

前景广阔

下表为磷酸铁锂电池和锰酸锂、钴酸锂电池的几个比较明显的数据对比，主要通过标称电压、充放电压范围、体积比能量等几大方面进行对比。

总结：不管是磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂还是全固体电池，下一个发展方向不能只关心能量密度的提升，电池的安全性也是必须关注的，未来几年电池大规模应用于汽车后，这个问题将会被凸现出来，研发机构需要未雨绸缪，把这些隐患扼杀在摇篮里，避免电动汽车产业腾飞是陷入尴尬的境遇。