磷酸鐵鋰電池的概念

 

磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料。

 

磷酸鐵鋰電池特點(diǎn)

 

高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C；

 

高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池的結(jié)構(gòu)安全、完好；

 

即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；

 

極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；

 

過放電到零伏也無損壞；

 

可快速充電；

 

低成本；

 

無記憶效應(yīng)：可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會(huì)迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電；

 

體積小、重量輕，同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的1/3，重量是鉛酸電池的1/3；

 

對(duì)環(huán)境無污染，該電池不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無毒（SGS認(rèn)證通過），無污染，符合歐洲ROHS規(guī)定，為絕對(duì)的綠色環(huán)保電池。鉛酸電池中卻存在著大量的鉛，在廢棄后若處理不當(dāng)，仍將對(duì)環(huán)境形成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無論在生產(chǎn)及使用過程中，均無污染。

 

萬向磷酸鐵鋰電池怎樣

 

隸屬萬向集團(tuán)旗下的A123公司是美國一家致力于專業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)鋰離子電池和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的公司。下面就以萬向A123動(dòng)力鋰電池為例，來看看萬向磷酸鐵鋰電池的性能。

 

A123公司主要提供磷酸鐵鋰正極材料，同時(shí)主攻動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)，并把車用鋰電池作為重點(diǎn)發(fā)展方向。A123鋰離子產(chǎn)品同時(shí)解決了影響動(dòng)力鋰電池在高功率、安全性及長壽命三個(gè)方面的問題。

 

A123磷酸鐵鋰電池性能：

 

功率：高能產(chǎn)品能力密度達(dá)140W·h/kg，輸出密度達(dá)3000W/kg，能承受高功率脈沖放電率高達(dá)100C（100倍標(biāo)稱容量電流放電）；

 

高電量產(chǎn)品能力密度達(dá)140W·h/kg，輸出密度達(dá)3000W/kg；

 

中等電量產(chǎn)品具有更高的性能和效率優(yōu)勢(shì)；

 

安全性：經(jīng)過多個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室和多個(gè)汽車客戶的驗(yàn)證，具有優(yōu)越的濫用容忍度。

 

循環(huán)壽命：A123的Nanophosphate技術(shù)提供了卓越的性能和循環(huán)壽命。在低利率循環(huán)式，能提供數(shù)以千計(jì)的周期，即使在10C放電率循環(huán)下，也提供超過1，000個(gè)完整的周期。

 

比亞迪為什么堅(jiān)持使用磷酸鐵鋰電池

 

磷酸鐵鋰電池是比亞迪完全自主研發(fā)的國產(chǎn)鋰電池，投入巨大，目前已經(jīng)屬于成熟產(chǎn)品，也在國內(nèi)獲得了廣泛應(yīng)用；雖然與國外鋰電池產(chǎn)品相比，磷酸鐵鋰電池的特性還不是很完美，但因?yàn)槠浯嬖冢蚱屏藝獾募夹g(shù)壟斷，為我們走自己的鋰電池研發(fā)路線創(chuàng)出了道路，所以非常敬佩其精神。另外比亞迪堅(jiān)持使用磷酸鐵鋰電池不會(huì)發(fā)生爆炸。另外我們先來搞清中國新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素和依托，針對(duì)我們行業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況，再來比較一下三元和磷酸鐵鋰的現(xiàn)狀與發(fā)展方向。

 

對(duì)比三元和磷酸鐵鋰電池的優(yōu)劣勢(shì)：

 

1、如果繼續(xù)發(fā)展三元，我們的動(dòng)力鋰電池將永遠(yuǎn)處于追趕狀態(tài)，不僅實(shí)現(xiàn)不了彎道超車，而且將喪失新能源汽車的安全性。

 

目前，改性錳酸鋰和三元鋰的核心技術(shù)，都掌握在日韓企業(yè)手中。尤其是三元鋰，無論是技術(shù)、工藝還是設(shè)備，日韓行業(yè)龍頭都已達(dá)到非常成熟穩(wěn)定階段。如果中國新能源汽車動(dòng)力電池的發(fā)展方向定位于發(fā)展三元鋰電，不僅長期處于追趕日韓企業(yè)狀態(tài)，而且因缺乏關(guān)鍵技術(shù)、工藝和設(shè)備，已陷入到了一個(gè)發(fā)展瓶頸。技術(shù)嚴(yán)重受制于日韓企業(yè)，規(guī)模也遠(yuǎn)不如日韓企業(yè)巨頭。三星ＳＤＩ今年一次性將18650－2.2ＡＨ的電池銷售價(jià)格降至1美元/只，幾乎將國內(nèi)同行逼上絕境。

 

在國內(nèi)三元?jiǎng)恿﹄姵?/span>性能和價(jià)格都無法與日韓巨頭相比的情況下，如果我們?cè)谛履茉雌噭?dòng)力電池上堅(jiān)持三元路線，恐怕我們還在追趕路上，就已經(jīng)被國際巨頭給扼殺了，更無從談什么彎道超車。最終結(jié)果將跟傳統(tǒng)汽車發(fā)展一樣，高端車和核心技術(shù)依然源自國際巨頭，即使我們讓出了市場(chǎng)也換不回核心技術(shù)。

 

磷酸鐵鋰電池則不同。日韓企業(yè)基本沒有涉足，國際主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手來自美國。雖然兩個(gè)基礎(chǔ)專利有一個(gè)在美國（A123和Valence是美國磷酸鐵鋰電池的主要代表），但中國與美國的技術(shù)水平相差不大，而且中國是全球在磷酸鐵鋰領(lǐng)域投入最大、產(chǎn)銷量最多的國家。

 

隨著萬向集團(tuán)收購了Ａ123，事實(shí)上中國企業(yè)已經(jīng)掌握了磷酸鐵鋰電池全球最高端的技術(shù)和工藝。而磷酸鐵鋰電池在安全性和循環(huán)壽命上相對(duì)于三元鋰電的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，正是中國新能源汽車關(guān)鍵要素所在和發(fā)展所需。只要明確其發(fā)展地位，加大投入固化這一優(yōu)勢(shì)，中國新能源汽車就完全有彎道超車的可能。

 

2、選擇三元，頂層設(shè)計(jì)缺乏前瞻性，全球鎳、鈷資源緊張，其大量應(yīng)用將導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)格暴漲，尤其中國這兩種元素的貯量根本無法支撐。

 

三元鋰電的材料配方，無論是鎳鈷錳酸鋰，還是鎳鈷鋁酸鋰，都離不開兩種貴金屬，即鈷和鎳。這兩種金屬在中國都很匱乏，在全球儲(chǔ)量也有限。其中，中國鈷的使用量90%以上都需要進(jìn)口，鎳主要用于不銹鋼生產(chǎn)，這兩種貴金屬都有國際期貨交易，價(jià)格不僅高且波動(dòng)很大。

 

如果中國確定以三元鋰電為主要的動(dòng)力電池發(fā)展路線，按照政府規(guī)劃，到2020年，新能源汽車產(chǎn)能達(dá)到200萬輛，新能源汽車保有量達(dá)到500萬輛。按每輛新能源汽車動(dòng)力電池平均帶電量80KWH計(jì)算，500萬輛新能源汽車所需電池就達(dá)4000億WH電池，這還不包括用于更換和備用的電池。這種需求一旦推向市場(chǎng)，將很快推動(dòng)鈷、鎳期貨價(jià)格暴漲，從而帶動(dòng)其現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格暴漲，三元鋰電未來的價(jià)格走勢(shì)將直線上升。中國新能源汽車推廣沒有達(dá)到政策預(yù)期目標(biāo)的一個(gè)很大的原因，就是價(jià)格居高不下。其中，最重要的原因，就是占據(jù)新能源汽車成本近50%的動(dòng)力鋰電池價(jià)格居高不下。三元路線的結(jié)果，就是新能源汽車價(jià)格更高，要求政府的補(bǔ)貼也要更多，永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化推廣。

 

磷酸鐵鋰電池則剛好相反，不含任何貴金屬，而且生產(chǎn)正極材料的主要原料氧化鐵、碳酸鋰在中國儲(chǔ)量非常豐富。如果下游新能源汽車市場(chǎng)需求放大，其上游材料在規(guī)模效應(yīng)的推動(dòng)下，成本將直線下降，占據(jù)磷酸鐵鋰電池成本超過30%的正極材料價(jià)格的下降，將促使磷酸鐵鋰電池價(jià)格的迅速下降。

 

3、整車安全設(shè)計(jì)上，中國新能源汽車使用三元鋰電作為動(dòng)力電池，會(huì)存在巨大安全隱患。

 

特斯拉三次著火中，其中一次為金屬片劃破電池引發(fā)的，但因特斯拉整車安全設(shè)計(jì)完善，三次著火并沒有引起人員傷亡。三元材料的脫氧溫度是200℃，放熱能量超過800J/g，三元鋰電無法通過針剌實(shí)驗(yàn)，表明了三元電池在內(nèi)部短路的情況下，很容易引發(fā)安全事故。

 

目前，中國新能源汽車整車安全設(shè)計(jì)，短期內(nèi)根本無法達(dá)到特斯拉的水平，使用三元鋰電作為新能源汽車動(dòng)力電池存在巨大安全隱患。事關(guān)乘客人生安全，這種安全隱患哪怕是十萬分之一的發(fā)生概率，也是不能接受的。磷酸鐵鋰電池在高溫下的穩(wěn)定性，可達(dá)390℃以上，保證了電池內(nèi)在的高安全性，不會(huì)因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，可以輕松通過針剌實(shí)驗(yàn)。這一安全性特點(diǎn)，對(duì)中國還處于幼稚期的新能源汽車產(chǎn)業(yè)來說，是最合適的。

 

4、從中國新能源汽車使用對(duì)象的消費(fèi)特點(diǎn)和習(xí)慣來看，三元鋰電并不適合做中國新能源汽車動(dòng)力電池。

 

特斯拉被稱為“富人的玩具”，裝配電池容量設(shè)計(jì)續(xù)航里程為400KM，但大多時(shí)候，實(shí)際運(yùn)行也就200KM左右，屬淺充淺放，因而循環(huán)壽命有所保障。但中國新能源汽車大多用于公交、政府公務(wù)、專用車和居民乘用車，其使用特點(diǎn)是，每天大多有固定線路和頻次要求，屬深充深放，三元鋰電在DOD95%以上的條件下，容量衰減速度很快，循環(huán)壽命僅為磷酸鐵鋰電池的一半不到。新能源汽車平均使用8年以上，動(dòng)力鋰電池如果處于深充深放的條件下，維持80%以上的容量，三元鋰電使用壽命將不到三年，而磷酸鐵鋰電池基本可以滿足8年的使用要求。

 

在目前國家相關(guān)補(bǔ)貼政策的條件下，首次購買新能源汽車有政府相應(yīng)補(bǔ)貼，但二次采購電池并無補(bǔ)貼。三元鋰電池在新能源汽車使用周期內(nèi)，需要更換兩次電池，將極大增加使用者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，而不會(huì)為終端使用者所接受。如果三元鋰電要獲得與磷酸鐵鋰一樣的使用壽命，其只能淺充淺放，需增加至少50%以上的電池容量。如此，其能量密度較高的優(yōu)勢(shì)將喪失，體積將比同性能磷酸鐵鋰電池大，電池重量也會(huì)更重，其價(jià)格更是遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰電池。

 

磷酸鐵鋰電池將最適合未來電動(dòng)車的發(fā)展：

 

可以預(yù)見的是，未來純電動(dòng)乘用車、專用車的發(fā)展，將具有如下特點(diǎn)：一是形成三類車型，即1.3噸以下，1.3～1.7噸和1.7噸以上。對(duì)應(yīng)每度電，分別實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程10KM、8KM和6KM，對(duì)應(yīng)裝配電池重量，也分別為300KG、500KG和800KG左右。二是所有電池都裝配直流快充和交流慢充兩類充電方式。三是無論車身還是底盤都將使用新材料，走輕型化復(fù)合材料路線，如鋁合金、碳纖維復(fù)合材料等。

 

因而，中國未來電動(dòng)車的發(fā)展，對(duì)動(dòng)力電池要求其能量密度高一點(diǎn)低一點(diǎn)都不再是主要問題，因?yàn)檎噺陌踩浴⒅匦姆€(wěn)定性設(shè)計(jì)，需要保持一定的重量。車身和底盤輕一點(diǎn)，電池重一點(diǎn)，將是一種全新的汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)---車身和底盤進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，磷酸鐵鋰電池組進(jìn)行配套設(shè)計(jì)，來保證車身重量和車身重心穩(wěn)定。

 

新能源汽車能否大規(guī)模普及推廣的關(guān)鍵，是使用安全、性能穩(wěn)定可靠和成本低廉，只有如此，才能為市場(chǎng)所接受和大眾所喜歡。

 

磷酸鐵鋰電池，能保證組合能量密度達(dá)到100～120WH/KG，加上其最好的安全性和可預(yù)見的經(jīng)濟(jì)性，必將是中國新能源汽車動(dòng)力電池發(fā)展的最佳選擇。

 

我們只有不懷疑、不懈怠和不折騰，相信二十年后，中國的新能源汽車已是大行其道，而其心臟一定是磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。

 

磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域

 

于磷酸鐵鋰動(dòng)力電池具有上述特點(diǎn)，并且生產(chǎn)出各種不同容量的電池，很快得到廣泛地應(yīng)用。它主要應(yīng)用領(lǐng)域有：

 

大型電動(dòng)車輛：公交車、電動(dòng)汽車、景點(diǎn)游覽車及混合動(dòng)力車等；

 

輕型電動(dòng)車：電動(dòng)自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動(dòng)輪椅等；

 

電動(dòng)工具：電鉆、電鋸、割草機(jī)等；

 

遙控汽車、船、飛機(jī)等玩具；

 

太陽能及風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備；

 

UPS及應(yīng)急燈、警示燈及礦燈（安全性最好）；

 

替代照相機(jī)中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池（尺寸完全相同）；

 

小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等。

 

這里舉一個(gè)用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池替代鉛酸電池的應(yīng)用實(shí)例。采用36V/10Ah（360Wh）的鉛酸電池，其重量12kg，充一次電可行走約50km，充電次數(shù)約100次，使用時(shí)間約1年。若采用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，采用同樣的360Wh能量（12個(gè)10Ah電池串聯(lián)組成），其重量約4kg，充電一次可行走80km左右，充電次數(shù)可達(dá)1000次，使用壽命可達(dá)3～5年。雖然說磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的價(jià)格較鉛酸電池高得多，但總的經(jīng)濟(jì)效果還是采用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池更好，并且在使用上更輕便。