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

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

　　高溫時性能良好：外部溫度65℃時內(nèi)部溫度則高達95℃，電池放電結束時溫度可達160℃，電池的結構安全、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：可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應。鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池無此現(xiàn)象，電池無論處于什么狀態(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認證通過），無污染，符合歐洲ROHS規(guī)定，為絕對的綠色環(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，仍將對環(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系統(tǒng)的公司。下面就以萬向A123動力鋰電池為例，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，同時主攻動力鋰電池市場，并把車用鋰電池作為重點發(fā)展方向。A123鋰離子產(chǎn)品同時解決了影響動力鋰電池在高功率、安全性及長壽命三個方面的問題。

　　A123磷酸鐵鋰電池性能：

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

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

　　中等電量產(chǎn)品具有更高的性能和效率優(yōu)勢；

　　安全性：經(jīng)過多個國家實驗室和多個汽車客戶的驗證，具有優(yōu)越的濫用容忍度。

　　循環(huán)壽命：A123的Nanophosphate技術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)以千計的周期，即使在10C放電率循環(huán)下，也提供超過1，000個完整的周期。

　　比亞迪為什么堅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，但因為其存在，打破了國外的技術壟斷，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。另外比亞迪堅持使用磷酸鐵鋰電池不會發(fā)生爆炸。另外我們先來搞清中國新能源汽車發(fā)展的關鍵因素和依托，針對我們行業(yè)的現(xiàn)實情況，再來比較一下三元和磷酸鐵鋰的現(xiàn)狀與發(fā)展方向。

　　對比三元和磷酸鐵鋰電池的優(yōu)劣勢：

　　1、如果繼續(xù)發(fā)展三元，我們的動力鋰電池將永遠處于追趕狀態(tài)，不僅實現(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，都掌握在日韓企業(yè)手中。尤其是三元鋰，無論是技術、工藝還是設備，日韓行業(yè)龍頭都已達到非常成熟穩(wěn)定階段。如果中國新能源汽車動力電池的發(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)，而且因缺乏關鍵技術、工藝和設備，已陷入到了一個發(fā)展瓶頸。技術嚴重受制于日韓企業(yè)，規(guī)模也遠不如日韓企業(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)三元動力電池性能和價格都無法與日韓巨頭相比的情況下，如果我們在新能源汽車動力電池上堅持三元路線，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。最終結果將跟傳統(tǒng)汽車發(fā)展一樣，高端車和核心技術依然源自國際巨頭，即使我們讓出了市場也換不回核心技術。

　　磷酸鐵鋰電池則不同。日韓企業(yè)基本沒有涉足，國際主要競爭對手來自美國。雖然兩個基礎專利有一個在美國（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水平相差不大，而且中國是全球在磷酸鐵鋰領域投入最大、產(chǎn)銷量最多的國家。

　　隨著萬向集團收購了Ａ123，事實上中國企業(yè)已經(jīng)掌握了磷酸鐵鋰電池全球最高端的技術和工藝。而磷酸鐵鋰電池在安全性和循環(huán)壽命上相對于三元鋰電的絕對優(yōu)勢，正是中國新能源汽車關鍵要素所在和發(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，中國新能源汽車就完全有彎道超車的可能。

　　2、選擇三元，頂層設計缺乏前瞻性，全球鎳、鈷資源緊張，其大量應用將導致市場價格暴漲，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，在全球儲量也有限。其中，中國鈷的使用量90%以上都需要進口，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，價格不僅高且波動很大。

　　如果中國確定以三元鋰電為主要的動力電池發(fā)展路線，按照政府規(guī)劃，到2020年，新能源汽車產(chǎn)能達到200萬輛，新能源汽車保有量達到500萬輛。按每輛新能源汽車動力電池平均帶電量80KWH計算，500萬輛新能源汽車所需電池就達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，將很快推動鈷、鎳期貨價格暴漲，從而帶動其現(xiàn)貨市場價格暴漲，三元鋰電未來的價格走勢將直線上升。中國新能源汽車推廣沒有達到政策預期目標的一個很大的原因，就是價格居高不下。其中，最重要的原因，就是占據(jù)新能源汽車成本近50%的動力鋰電池價格居高不下。三元路線的結果，就是新能源汽車價格更高，要求政府的補貼也要更多，永遠無法實現(xiàn)市場化推廣。

　　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、碳酸鋰在中國儲量非常豐富。如果下游新能源汽車市場需求放大，其上游材料在規(guī)模效應的推動下，成本將直線下降，占據(jù)磷酸鐵鋰電池成本超過30%的正極材料價格的下降，將促使磷酸鐵鋰電池價格的迅速下降。

　　3、整車安全設計上，中國新能源汽車使用三元鋰電作為動力電池，會存在巨大安全隱患。

　　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計完善，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驗，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計，短期內(nèi)根本無法達到特斯拉的水平，使用三元鋰電作為新能源汽車動力電池存在巨大安全隱患。事關乘客人生安全，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390℃以上，保證了電池內(nèi)在的高安全性，不會因過充、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驗。這一安全性特點，對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象的消費特點和習慣來看，三元鋰電并不適合做中國新能源汽車動力電池。

　　特斯拉被稱為“富人的玩具”，裝配電池容量設計續(xù)航里程為400KM，但大多時候，實際運行也就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、專用車和居民乘用車，其使用特點是，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。

　　在目前國家相關補貼政策的條件下，首次購買新能源汽車有政府相應補貼，但二次采購電池并無補貼。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)濟負擔，而不會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)勢將喪失，體積將比同性能磷酸鐵鋰電池大，電池重量也會更重，其價格更是遠高于磷酸鐵鋰電池。

　　磷酸鐵鋰電池將最適合未來電動車的發(fā)展：

　　可以預見的是，未來純電動乘用車、專用車的發(fā)展，將具有如下特點：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。對應每度電，分別實現(xiàn)續(xù)航里程10KM、8KM和6KM，對應裝配電池重量，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，走輕型化復合材料路線，如鋁合金、碳纖維復合材料等。

　　因而，中國未來電動車的發(fā)展，對動力電池要求其能量密度高一點低一點都不再是主要問題，因為整車從安全性、重心穩(wěn)定性設計，需要保持一定的重量。車身和底盤輕一點，電池重一點，將是一種全新的汽車系統(tǒng)設計---車身和底盤進行輕量化設計，磷酸鐵鋰電池組進行配套設計，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到100～120WH/KG，加上其最好的安全性和可預見的經(jīng)濟性，必將是中國新能源汽車動力電池發(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力電池。

　　磷酸鐵鋰電池的應用領域

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

　　大型電動車輛：公交車、電動汽車、景點游覽車及混合動力車等；

　　輕型電動車：電動自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅等；

　　電動工具：電鉆、電鋸、割草機等；

　　遙控汽車、船、飛機等玩具；

　　太陽能及風力發(fā)電的儲能設備；

　　UPS及應急燈、警示燈及礦燈（安全性最好）；

　　替代照相機中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)療儀器設備及便攜式儀器等。

　　這里舉一個用磷酸鐵鋰動力電池替代鉛酸電池的應用實例。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，使用時間約1年。若采用磷酸鐵鋰動力電池，采用同樣的360Wh能量（12個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1000次，使用壽命可達3～5年。雖然說磷酸鐵鋰動力電池的價格較鉛酸電池高得多，但總的經(jīng)濟效果還是采用磷酸鐵鋰動力電池更好，并且在使用上更輕便。