【全球车子网 技艺频道】在比亚迪e6用超长生命征服深圳出租车界的遥远年代，“铁电池”成为了一种包揽廉价、耐用、平安特性的能源电池标签。随着三元锂电池的大肆反攻，磷酸铁锂电池的生存体积被紧缩，直至CTP技艺反杀回战场。

　　随着汉EV、Model 3和P7等主流车型最初安装磷酸铁锂电池，“铁电池”这一役，必然精彩纷呈。

　　比较电池横跨数百年的历史，磷酸铁锂配方的历史只能算“近期”产生的事。

　　咱们今日能用着刷着智能电话、听着真没有线耳机、吃着电动车送来的外卖宅家度日，还得感谢三位2019年诺贝尔化学奖得主——迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆（Michael Stanley Whittingham）、约翰·班尼斯特·古迪纳夫（John Bannister Goodenough）、吉野彰（Akira Yoshino）。

　　本年98岁高龄的“充足好男士”——约翰·班尼斯特·古迪纳夫（John Bannister Goodenough），本来从54岁才最初研发电池。古迪纳夫博士是锂电池范畴第一大的功臣，三大锂电池正极资料（钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂）皆是他带领的团队找出去的。

　　德州大学的古迪纳夫教授是公认的最早应用磷酸铁锂制作锂离子正极资料的探讨者，其团队在1997年报导了LiFePO₄这类新款橄榄石构造镶嵌与脱出锂的可逆性，并显示新的磷酸铁锂配方物料更便宜且环境污染更少。

　　此中要讲明的是，LiFePO₄是LiMPO₄（含锂磷酸盐）的此中一个，此中M可行是Fe、Co、Mn、Ti，LFP则是的LiFePO₄简写。

　　当前咱们正好运用的磷酸铁锂配方电池，全称磷酸铁锂锂离子电池，隶属锂离子电池的一个。正极便是上文提到的LiFePO₄，可视磷酸铁锂的最重要的反映机理是由正极打算的，是以命名由于正极资料。

　　日前LFP材质有较差的导电性和较轻的锂离子分散系数，因而学界一直在应用各自法子攻克这点困难，包括运用纳米级资料或许导入新款导电剂来提高导电功能，提高可逆电容量等等。

　　LFP材质日前第一大的优势在于不运用钴，是一个真实的“没有钴”锂离子电池（废话，同理荷兰豆也是一款没有荤的纯正素菜）。源于钴的产能聚集在非洲，价值受世界形势作用的振动十分大，此前一下子涨到了60万/吨。

　　难题是，LFP材质与生俱来的优劣势也太过显著了，客户们应当也很明白市面子上第一长续航的纯电动乘用车必定非是LFP却是NCM，而臭名昭著的自己燃烧之王高镍NCM在平安性上面基本非是LFP的对手。

　　磷酸铁锂LFP与三元锂NCM的路线之争，将在然后很长一段时间愈演愈烈。

　　知己知彼百战百胜，咱们然后就深入理解一下LFP材质的优劣势。

　　之前笔者写过一篇《电池分类与命名大全》，作为《电池探讨院》栏目的常识目录，此中提来过磷酸铁锂配方的少许简述，今日来聊聊技艺细节。

　　以NCM三元锂为例，通常锂离子能源电池的标称电压在3.7V左右，事业电压范畴宽达3.0-4.2V，是以BMS会相比好操作，SOC监控相对精确。

　　换成磷酸铁锂配方以后，标称电压下降至3.2V，事业电压范畴在3.0-3.3V之中，充电的终止电压唯有3.6V左右。

　　这就意指着，磷酸铁锂电池的电压比其它锂离子电池要低，况且事业电压范畴相比窄，充放电曲线十分平缓，SOC监测明确度很矮，电压一直全在3.2V左右是以不容易监测出此时究竟是多高的SOC。

　　磷酸铁锂的BMS会在首尾两端电压范畴留有很大的裕量防止过充过放，这也形成多半磷酸铁锂电动车子的汽车主人也能感触到续航值监测不准、电量少许的难题。

　　日前学界已有少许解决方案来应对磷酸铁锂电池充放电曲线过于平缓而导致SOC不准的难题，例如重庆邮电大学的学者就提议了鉴于遗传算法的径向基函数神经网站来预测磷酸铁锂电池SOC，这类方法具有更强的适应能力，因而结果愈加精确和稳固。

　　在之前技艺受限的概况下，磷酸铁锂配方的最好充电率在0.5C-1.5C之中，隶属相比低的充电速度。

　　宁德时期在2019年宣称，正好研发一个新的磷酸铁锂电池技艺，在负极石墨的外表应用“快离子环”技艺让石墨构造兼具超等快充和高能量密度的特性，石墨层增添锂离子镶嵌速度后可行达到4C-5C的超等快充能力，差不多于15分钟达成最重要的的充电进程。只是，此刻这类技艺尚未量产，当前市面子上的磷酸铁锂电池拼快充功能的确不如三元锂。

　　说完充电率，再来讲放电率。磷酸铁锂电池电池的寻常事业放电率为2C左右，理论第一大放电率可行到10C（实质上不会用到那么尽，有构造损坏的风险），算是很猛的。

　　下图数据可视，实线0.5C放电，若运用最下面虚线的3C放电倍率，放电容量下调幅度唯有5%左右，表达磷酸铁锂电池在高倍率下依旧可行有可以的放电功能，造高功能电动车没难题。

　　现实例子？3.9秒破百的比亚迪汉EV四驱版用的便是磷酸铁锂电池。

　　能量密度一直皆是磷酸铁锂配方电池的大软肋，在大型公交车上广大使用的原因即是由于营运车不缺布置体积，能容得下体型、重量都颇为“雄伟”的磷酸铁锂电池。

　　在5年前左右，磷酸铁锂电池的单体能量密度唯有150Wh/千克左右，成组以后的整包能量密度唯有100Wh/千克左右（200Wh/L左右的空间比能量）。

　　业界一直宣称磷酸铁锂配方电池的理论最高能量密度唯有175Wh/千克，这是整包的数据，包涵BMS和模组构造的重量。

　　最近两年，由于比亚迪带头从新刮起了磷酸铁锂配方热潮，各大最重要的的能源电池公司全在刷“捷报”，也便是基本无量产化但对股民“很有帮助”的振奋信息，此中国轩高科在2020年初宣称研发出整包能量密度多达160Wh/千克的磷酸铁锂配方电池包（单体超200Wh/千克），宁德时期的是161.29Wh/千克，四川绿鑫唯有147.25Wh/千克，亿纬锂能、亿鹏燃料、安驰新燃料三家的整包能量密度全在150Wh/千克左右。

　　宁德时期显示，经过对磷酸铁锂资料体制功能的深度发掘，未来可能将单体的能量密度提高至230Wh/千克。只只是，当前宁德时期提供应特斯拉Model 3（准则续航进级版）的磷酸铁锂电池，整包能量密度还唯有125Wh/千克，续航为468km，这种倒不低，电耗唯有12.6kWh/100km。

　　为理解决磷酸铁锂配方与生俱来的低能量密度难题，在单体能量密度没有办法取得革命性突破的前提下，必需对模组构造发展改良，比亚迪就整出了自家的CTP（Cell to Pack）技艺，干脆省去了模组和一大堆操控模块，把长条形的“刀片电池”（单体Cell）干脆安装到电池包（整包Pack）中间，电池包空间应用率可行提高20%左右，整包能量密度与全车续航能力也大幅度提高20%-30%。

　　磷酸铁锂敢用CTP技艺的前提是单体电池自身的平安功能远远优于三元锂配方，是以省去了模组等级的构造庇护还不会有大难题，只是单体电池自身的构架强度须要增强。

　　由于续航上的进步，以及生产本钱上的下降（最重要的原因），日前主流的电池供给商全在做磷酸铁锂配方的CTP技艺，接踵让模组构造成为历史。

　　另外，磷酸铁锂电池在能量密度上的提高，还可行在剩下的一年半国度新燃料补助期内得到最终大批补助。

　　在技艺不老练的年代，磷酸铁锂电池的重复生命唯有500次左右，大电流充放电（1C充/5C放）的重复生命为300次左右。

　　在7年前，有几家车子媒体以前给一辆跑了50万千米的比亚迪e6深圳出租车（标称续航300km）做过续航测试，测出去的实质续航路程仍是挺硬核的。

　　想理解测试详情的可行敲击下图看全文：

　　现在，磷酸铁锂电池的整包重复生命平常都有2000次甚而更多，有些实验室的1C重复生命可行达到3500-5000次，宁德时期在2019年愈是发表了可行重复12000次的磷酸铁锂储能电池产物。

　　磷酸铁锂的另一种要紧的特征即是低温功能不佳，十分的不佳，北方汽车主人叫苦不迭。

　　磷酸铁锂电池的事业温度范畴为-20℃至75℃，有些磷酸铁锂电动车子一朝到达0℃之下的环境温度就有发动难题的风险，若在-20℃的外部温度下，磷酸铁锂电池的放电容量只差不多于25℃时的38%左右，咱就问你还敢不敢开暖气……

　　由于低温功能不佳，是以磷酸铁锂电池的热治理体系变得尤为要紧，最高效能的形式是采纳PTC电阻来给电池包加热。尽管会耗费必定的电量，但也好过由于低温导致里面活性物质电化学功能大幅下降带来的续航锐减难题。

　　磷酸铁锂电池正极的导电性自身就不佳，在低温环境下愈是简单产生极化，电解液粘度增添并增添锂离子的迁移阻抗，导致电池里面构造的崩塌，电池损坏。

　　由于磷酸铁锂天生的低温功能不佳难题，华夏甚而显露了“北三元 南铁锂”的资产布置，自然另一种要紧的方面是南派比亚迪与北派松下LG的资产话语权之争、

　　此前磷酸铁锂版本的特斯拉Model 3在北方就碰到了静置后掉电惨重的难题，解决方案是特斯拉提议使用者一周充满一次，帮助特斯拉磷酸铁锂电池BMS体系积累北方地域的使用者数据，更高的数据量可行带来更精确的SOC监测能力。等等，这玩意没标定达成就到市场了接下来等使用者数据OTA改善？

　　此前有自媒体做过一种流传度很广的穿刺试验，软性给比亚迪磷酸铁锂电池打平安性广告，把宁德时期逼得出去说胡话（哎呀本来穿刺没代表性啊）。

　　笔者之前在下文中提来过，在许多热失控的原因中间，穿刺是最不讲武德的物理进击，将一根导体（例如直径3毫米钢针）插入能源电池中，正负极干脆短路，热失控速度超快，差不多是刹那就最初对外喷射火焰。

　　穿刺的机理是里面短路，这类情形就像潜水艇在水下被物理击穿，除了全员殉国之外就没啥其它可能性了。

　　自2021年1月1日实行的能源电池平安新国标GB 38031-2020《电动车子用能源蓄电池平安请求》，并没有导入穿刺试验，现存的试验则分为几类，此中电池单体发展过放电、过充电、外部短路、加热、温度重复、挤压试验，电池包或体系发展波动、模拟磕碰、挤压、湿热重复、浸水、热稳固性、温度冲撞、盐雾、高海拔、过温庇护、过流庇护、外部短路庇护、过充电庇护过放电庇护试验。

　　尽管无强迫请求穿刺试验，但在统一份国标中间有几份补充条款，此中包括“请求电池单体产生热失控以后，电池体系5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留平安逃生时间”，条款实行时间同样是2021年1月1日。

　　也便是说：咱不论你能不行经过最险恶的物理击穿，反正你得让驾乘人士有5分钟逃离时间。为何下个车就要5分钟呢？由于有些车祸会让车体形状改变，你得给消防官兵留足时间剪驾车体救人。

　　全体而言，LiFePO₄很难分解，P-O键很稳定，很难析氧，分解温度多达600℃，而三元锂电池在200℃就会分解，是以磷酸铁锂是平安功能十分高的一个配方，即便烧起来了，火烧连营的蔓延速度比三元锂慢好多，逃生时间大大增添。

　　另外，尽管磷酸铁锂电池过充仍是会热失控，但热失控的阈值比其它锂离子电池要高好多，而在0电压的极限状况下存储30天不会有过度损害，三元锂能源电池在0电压下长久存储会有泄露风险与里面化学物质损坏风险。

　　电池回想效应，指的因电池不十足放电而导致容量下降的景象。业界普及以为磷酸铁锂配方电池无回想效应，但近年有部分探讨集团以为磷酸铁锂同样有必定回想效应，不过其实不显著。

　　只是由于事业电压范畴过小的难题，厂商通常都会把磷酸铁锂的可用容量范畴标定得窄一丝，还不提议使用者经常过充过放，尽管磷酸铁锂电池的过放耐受能力显著强于三元锂。

　　这就意指着，有没回想效应关于磷酸铁锂而言，没甚么作用。

　　由于正极资料不含高价的钴Co，不要承担世界贸易风险，是以磷酸铁锂电池的全体本钱比三元锂电池低了一截，平安功能极好的特性也让电控难度下降了。

　　只是源于磷酸铁锂工艺不固定，成品率较轻，单体电池绝对性差，是以早起来是挺有门槛的。

　　日前国家内部磷酸铁锂电池的最重要的制造商家有比亚迪、宁德时期、国轩高科、江苏时期、弗迪、瑞普、比克、力神、万向等等。

　　拿一份2020年12月的收购数据来对照展现，NCM811三元锂电池的整包收购均价在985元/kWh，而LFP磷酸铁锂电池的整包收购均价在0.795元/kWh，因而运用磷酸铁锂电池大约可行节省19%左右的本钱。

　　只是源于磷酸铁锂电池里头没甚么贵重金属可回收，是以回收价值有点不堪入目……

　　综上所述，磷酸铁锂电池的焦点优势是价值便宜、平安功能好、重复生命长，劣势在于低温功能差、能量密度低。

　　鉴于以上优劣势，磷酸铁锂电池最重要的利用在之下情景中间：

　　纯电动乘用车的高压电池包实质上是不容易布置的，大伙都认为“放到车底”即是解决方案，难题是大伙发觉早期的土法油改电坐起来都不容易受了对吧？

　　由于老款的高压电池包常常有200毫米甚而更高的厚度，会惨重侵占汽车内部体积，把首尾两排椅子的高度大大提高了，乘客坐姿又直又顶头，车底另有电池包下缘的凸起，碰上尖锐的石头以后有必定几率被开膛，然后便是热失控自己燃烧。

　　磷酸铁锂电池第一大的难题是能量密度不高，是以空间和重量皆是潜在的难题。在之前的土法油改电时期，过高的电池包整包高度会让机动车舒适性与平安性大折扣扣，现在的定制化时期，磷酸铁锂电池的整包厚度大大紧缩了，咱们坐进入汉EV汽车内部就会发觉，本来体积舒适性跟同级别石油车根本没区分了。

　　现在越来越多新到市场的纯电动乘用车交换装扮了磷酸铁锂电池，例如小鹏P7磷酸铁锂版、小鹏G3磷酸铁锂版、特斯拉Model 3磷酸铁锂版、比亚迪汉EV、2020款上汽荣威Ei5、2020款北汽新燃料EU5、长安欧尚科尚EV、长安欧尚X7 EV、东风启辰D60 EV、2021款东风风神E70磷酸铁锂版等。

　　在2016年此前，华夏国家内部制造的插电式混合能源车型，高压能源电池以磷酸铁锂为主，比重多达7成，随后这种高比重不停下降，被能量密度高得多的三元锂霸占了市场份额。

　　由于插电式混合能源乘用车能源电池包的“事业负担”远无纯电动车的高，不用总是过充过放，能源输出也最重要的依托内燃机，而磷酸铁锂电池的能量密度近年提高快速，在体积极为紧迫的插混车上也能挤得进入，考量到价值廉价和平安声望好，不停提高配备率是势必事故了。

　　当前活泼着的磷酸铁锂电池PHEV车型有比亚迪秦Plus DM、比亚迪宋MAX DM、比亚迪宋Pro DM、荣威eRX5 PHEV、荣威ei6 PHEV、名爵MG6 PHEV等等，数量远不如三元锂，只是比重的确在增添。

　　公交车、轻型大巴车/载货汽车、矿车等纯电动营运机动车，对能源电池包的空间和重量其实不感性，对能源电池包的价值、重复生命、每千米能耗本钱更为感性，因而磷酸铁锂是比三元锂愈加适合的抉择，市场占比在60%左右。

　　最出名的磷酸铁锂电池营运车产物要数比亚迪制造的K9电动大巴，曾经出口到了59个国度，快充3小时可行续航250千米，重复生命长达4000个重复。

　　另外，插电式混合能源营运车也特别喜爱用磷酸铁锂电池，终归电池收购价值比较三元锂廉价不少，而营运车的电池容量大到有点恐怖。

　　在10年前左右，笔者还在读书的年代，铅酸电池一直皆是两轮电动车储能装置的霸主，后来锂离子电池价值大降、功能激增，以小牛为代表的高档两轮电动车产物最初推向市场，锂离子电池成为主角。

　　随后，外卖平台与共享电单车平台的兴盛，让两轮电动车的低压能源电池市场获得了催化，而三元锂电池的资产链最完整，因而推广得最多。

　　随着磷酸铁锂电池的能量密度短板补齐，廉价、耐用、平安三大优势获得客户的认同，磷酸铁锂电池在轻型电驱车型上的广大配备也提上了日程。

　　除了外卖小哥和共享平台的两轮电单车产物，另有高尔夫球场、电动铲车、小区里面的清洁车（咱们企业还真有一辆）、电动轮椅等产物也全会渐渐向磷酸铁锂电池伸出橄榄枝。

　　除了作为机动车的能源电池之外，磷酸铁锂电池另有好多的用途，例如用作发电站的大容量储能配备。下图的储能电站是国度电网江苏企业为了协调镇江供电网站建造的磷酸铁锂储能站（北山站）。此中北山站为10KV锂电池储能站，总投资约1.2亿，锂电池容量为16MW/32MWh，名目面积3813平米。（材料来自：华夏储能网）

　　另外，磷酸铁锂电池还可用作UPS电源运用，而在底下矿场，磷酸铁锂的高平安性获得了矿工们的喜欢，矿灯电源运用磷酸铁锂配方显著愈加平安。

　　假如你乐意，把充电宝的聚合物锂离子电芯换成磷酸铁锂电芯以后，的确可行愈加平安，只是由于磷酸铁锂配方的事业电压太差，是以极少厂商会采用。

　　除此之外，电钻、电锯、遥控车、遥控船等用具或玩具，都有运用磷酸铁锂电池的案例。

　　笔者首次被磷酸铁锂电池的实战能力深受触动到，是在4年前驾驭腾势500车型从林芝跑快速到拉萨，全程410km，走林拉快速（而非318）。

　　原本主持方弄了一种节电比赛，让大伙驾驭这台NEDC“唯有451km”的纯电动车慢悠悠地从林芝散步到拉萨，结果笔者相比头铁，一路100km/h定速巡航跑掉了，留住它们70km/h渐渐挪。领航的油车一直在电台喊咱们回来，开那么快到不了拉萨就要叫拖车的。

　　结果咱们顺利到达，体现续航0km，十足没瑕疵。

　　磷酸铁锂电池终归的归宿（出货量第一大的位置）必定是能源电池，然则对能源电池本钱最感性的微型车、小型车其实不是这一波磷酸铁锂复兴浪潮的排头兵，反却是Model 3、P7、汉EV这种型20-30万的中档产物。

　　自然这是好事，起码磷酸铁锂在市场上的造型没再代表着低端与便宜，却是代表着可靠与实惠。

　　依据华夏车子产业协会的官方数据，我们国家2019年度能源电池装车量累计63.6GWh，同比累计上升2.3%。此中，三元电池装车量累计38.9GWh，占总装车量61.1%，同比累计下调4.1%；磷酸铁锂电池装车量累计24.4GWh，占总装车量38.3%，同比累计增添20.6%，是驱动装车量全体同比上升的最重要的产物。

　　随着磷酸铁锂电池能量密度的困局渐渐解决，磷酸铁锂能源电池的出货量获得了大幅度提高。只是，磷酸铁锂的能量密度潜力十分局限，而日前最有期望获得技艺突破的是三元锂电池，在高镍正极、硅负极等新技艺细节下有望获得更高的进行前景，且我们国家相对丰富的稀有金属矿产储量应允华夏鼎力进行三元锂配方。

　　磷酸铁锂在最适合它的范畴，例如营运车、中小型乘用车，有十分很可以的进行体积，终归每kWh节省19%收购本钱，况且平安和生命都远优于三元，切实太迷惑了。不过我们国家南北纬度跨度相当大，在北方鼎力推广磷酸铁锂不太现实，在南方则是磷酸铁锂配方的福地。

（文：全球车子网 黄恒乐）