鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1251次 | 2021年04月06日
磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池的差別分析
磷酸鐵鋰離子電池(LFP)：用磷酸鐵鋰作正極材料的鋰離子電池。
三元鋰離子電池：使用鎳鈷錳(NCM)或者鎳鈷鋁(NCA)材料做正極材料的三元復(fù)合物鋰離子電池，是未來(lái)消費(fèi)級(jí)電動(dòng)汽車(chē)使用大趨勢(shì)。
同樣都是鋰離子電池，為何兩類(lèi)電池的使用場(chǎng)景會(huì)有差別?今天就跟大家聊聊這兩種電池的不同特性。
材料決定性能
電池能量密度：三元鋰離子電池>磷酸鐵鋰離子電池
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)自電池的充放電，電池性能的關(guān)鍵是能量密度，也就是單位電池質(zhì)量中儲(chǔ)存能量的大小(單位Wh/kg)。電動(dòng)汽車(chē)擁有高的能量密度，代表能供應(yīng)更多的動(dòng)力，俗稱(chēng)勁兒大。
受制于化學(xué)特性，磷酸鐵鋰離子電池的電壓平臺(tái)低，磷酸鐵鋰離子電池的能量密度基本維持在140Wh/kg左右。而三元鋰離子電池電壓高，能量密度基本為240Wh/kg。也就是說(shuō)，在相同電池重量下，三元鋰的能量密度是磷酸鐵鋰材料能量密度的1.7倍。
NCM(鎳鈷錳)和NCA(鎳鈷鋁)同為三元鋰離子電池，但能量密度也不相同，可以看到三元鋰離子電池能量密度明顯高于磷酸鐵鋰離子電池。
不同廠家會(huì)研發(fā)不同配方的三元鋰離子電池(鎳、鈷、錳三者不同比例)，特斯拉Model3使用的21700NCA三元鋰離子電池電芯的能量密度高達(dá)260Wh/kg，是目前的量產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)?yán)镒罡叩模逆団掍X比例為8:1.5:0.5，屬于高鎳電池。
Tesla的柱狀三元鋰離子電池
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
但是高鎳電池由于能量密度過(guò)高，在安全上存在較大隱患。為了降低電池危險(xiǎn)，會(huì)選擇采用鎳鈷鋁比例5：2：3的NCM三元鋰離子電池。雖然電池能量密度相較NCA略低，但整個(gè)NCM電池技術(shù)和安全卻能有效把控。
為了便于理解，我們用表格體現(xiàn)NCM與NCA不同電池材料的能量密度
理想智造ONE使用的是方殼形NCM電池
安全性：磷酸鐵鋰離子電池>三元鋰離子電池
磷酸鐵鋰的化學(xué)鍵穩(wěn)定，電熱峰值大于350℃，高溫下不易分解(可以堅(jiān)持到700℃以上)，三元鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性較差，300℃下容易分解，容易出現(xiàn)電池?fù)p壞。所以在高溫條件，磷酸鐵鋰的安全性相對(duì)較高。以三元鋰離子電池為動(dòng)力的車(chē)型要防過(guò)溫保護(hù)裝置的電池和電池管理系統(tǒng)來(lái)保護(hù)電池的安全。
使用壽命：磷酸鐵鋰離子電池>三元鋰離子電池
考察電池壽命就是考察電池在多次完全充放電后的電量衰減，一般電動(dòng)汽車(chē)電池充滿后衰減到原有80%電量就代表電池該換了。
磷酸鐵鋰離子電池的完全充放電循環(huán)次數(shù)>3500次后電量才會(huì)衰減到原有標(biāo)定的80%。也就是說(shuō)假如每天充放電一次，磷酸鐵鋰離子電池近10年才出現(xiàn)明顯衰減現(xiàn)象。
三元鋰離子電池比磷酸鐵鋰離子電池壽命低一些，完全充放電循環(huán)大于2000次會(huì)出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，也就是6年的時(shí)間，要電池管理和車(chē)輛電控系統(tǒng)來(lái)延長(zhǎng)電池壽命。目前電動(dòng)汽車(chē)上的三元鋰離子電池基本上能保證8年以上才會(huì)出現(xiàn)明顯衰減。
小知識(shí)：未用光電池的前提下，電動(dòng)汽車(chē)慢充電其實(shí)是有助于延長(zhǎng)電池壽命的，所以不要怕老充電對(duì)電池不好。
低溫性能：三元鋰離子電池>磷酸鐵鋰離子電池
還是由于電池的化學(xué)材料，電動(dòng)汽車(chē)的冬季里程衰減是困擾電動(dòng)汽車(chē)普及的大問(wèn)題。目前世界上所有的電動(dòng)汽車(chē)在冬天都會(huì)出現(xiàn)不同程度的里程衰減。
磷酸鐵鋰離子電池的低溫溫度使用下限值(-20℃)，且低溫環(huán)境下放電性能差，冬季時(shí)里程衰減嚴(yán)重(將近40%)。三元鋰離子電池低溫溫度使用下限值(-30℃)，低溫放電性能好，與磷酸鐵鋰離子電池相同低溫條件下，冬季時(shí)里程衰減不到15%，明顯高于磷酸鐵鋰離子電池。
為了防止出現(xiàn)明顯的里程衰減現(xiàn)象，車(chē)輛要用熱管理來(lái)保證電動(dòng)汽車(chē)冬季性能，這點(diǎn)我們會(huì)單做文章跟大家仔細(xì)聊聊。
成本：三元鋰>磷酸鐵鋰
由于磷酸鐵鋰離子電池中沒(méi)有貴重金屬(鎳鈷金屬元素)，所以在生產(chǎn)成本上較低。
如上文所說(shuō)，三元鋰離子電池使用了鎳鈷錳多種礦材料，并且高鎳電池的生產(chǎn)要比較嚴(yán)格的工藝環(huán)境，目前成本比較高。
電池性能決定使用場(chǎng)景
正是磷酸鐵鋰離子電池與三元鋰離子電池的不同特性，各自被廣泛應(yīng)用于不同使用場(chǎng)景的電動(dòng)汽車(chē)中。
日常乘用電動(dòng)汽車(chē)：動(dòng)力需求高，電池布局緊湊，冬季性能需求高，使用壽命短(6-8年換車(chē)周期)。
大型公交車(chē)，社會(huì)作業(yè)車(chē)，經(jīng)濟(jì)性車(chē)：動(dòng)力需求低，充分的電池布局空間，使用壽命長(zhǎng)(10年以上使用周期)。
綜上，沒(méi)有絕對(duì)優(yōu)秀的電池材料，按照性能尋找適合使用的場(chǎng)景。三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池各有長(zhǎng)短。按照需求來(lái)看，三元鋰離子電池更適合搭載車(chē)型更小，強(qiáng)調(diào)動(dòng)力的日常乘用車(chē)，但要加強(qiáng)電池和電控系統(tǒng)的管理，磷酸鐵鋰離子電池更適合搭載于對(duì)電池布局要求低，使用壽命長(zhǎng)的公共通勤工具和社會(huì)用車(chē)上?；炝瞎に囋阡囯x子電池的整個(gè)生產(chǎn)工藝中對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)影響度大于30%，是整個(gè)生產(chǎn)工藝中最重要的環(huán)節(jié)。漿料制備工藝的重要目的為：（1）分散活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑顆粒團(tuán)聚體；（2）甚至破碎活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑二次顆粒，進(jìn)一步減小顆粒尺寸；（3）形成最合適的活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑彼此之間的排布方式；（4）維持漿料最優(yōu)懸浮結(jié)構(gòu)和成分穩(wěn)定性，防止沉降和團(tuán)聚等成分偏析。
鋰離子電池正負(fù)極漿料基本上都是由活性物質(zhì)、聚合物粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑等組成，漿料分散懸浮液中可能的導(dǎo)電劑分布存在三種情況：導(dǎo)電劑沒(méi)有充分分散，保持團(tuán)聚，被粘結(jié)劑包裹形成大顆粒；導(dǎo)電劑分散但與活性顆粒相互獨(dú)立；導(dǎo)電劑分散并均勻包覆在活性顆粒表面，這是最理想的情況[4]。而粘結(jié)劑與活性物質(zhì)的相互用途包括：（1）靜電用途阻止顆粒的團(tuán)聚；（2）粘結(jié)劑相形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，空間位阻用途阻止顆粒的團(tuán)聚；（3）粘結(jié)劑與活性物質(zhì)顆粒形成凝膠結(jié)構(gòu)，此時(shí)，粘度比較高，且無(wú)法通過(guò)添加溶劑降低，不能涂布。
