鉅大LARGE | 點擊量：1263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合物鋰離子電池，是未來消費級電動汽車使用大趨勢。
同樣都是鋰離子電池，為何兩類電池的使用場景會有差別?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防爆標準
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%
電動汽車的動力來自電池的充放電，電池性能的關鍵是能量密度，也就是單位電池質量中儲存能量的大小(單位Wh/kg)。電動汽車擁有高的能量密度，代表能供應更多的動力，俗稱勁兒大。
受制于化學特性，磷酸鐵鋰離子電池的電壓平臺低，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，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。
不同廠家會研發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260Wh/kg，是目前的量產電動汽車里最高的，它的鎳鈷鋁比例為8:1.5:0.5，屬于高鎳電池。
Tesla的柱狀三元鋰離子電池
但是高鎳電池由于能量密度過高，在安全上存在較大隱患。為了降低電池危險，會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NCM電池技術和安全卻能有效把控。
為了便于理解，我們用表格體現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
磷酸鐵鋰的化學鍵穩定，電熱峰值大于350℃，高溫下不易分解(可以堅持到700℃以上)，三元鋰離子電池熱穩定性較差，300℃下容易分解，容易出現電池損壞。所以在高溫條件，磷酸鐵鋰的安全性相對較高。以三元鋰離子電池為動力的車型要防過溫保護裝置的電池和電池管理系統來保護電池的安全。
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，一般電動汽車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次數>3500次后電量才會衰減到原有標定的80%。也就是說假如每天充放電一次，磷酸鐵鋰離子電池近10年才出現明顯衰減現象。
三元鋰離子電池比磷酸鐵鋰離子電池壽命低一些，完全充放電循環大于2000次會出現衰減現象，也就是6年的時間，要電池管理和車輛電控系統來延長電池壽命。目前電動汽車上的三元鋰離子電池基本上能保證8年以上才會出現明顯衰減。
小知識：未用光電池的前提下，電動汽車慢充電其實是有助于延長電池壽命的，所以不要怕老充電對電池不好。
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材料，電動汽車的冬季里程衰減是困擾電動汽車普及的大問題。目前世界上所有的電動汽車在冬天都會出現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℃)，且低溫環境下放電性能差，冬季時里程衰減嚴重(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。
為了防止出現明顯的里程衰減現象，車輛要用熱管理來保證電動汽車冬季性能，這點我們會單做文章跟大家仔細聊聊。
成本：三元鋰>磷酸鐵鋰
由于磷酸鐵鋰離子電池中沒有貴重金屬(鎳鈷金屬元素)，所以在生產成本上較低。
如上文所說，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要比較嚴格的工藝環境，目前成本比較高。
電池性能決定使用場景
正是磷酸鐵鋰離子電池與三元鋰離子電池的不同特性，各自被廣泛應用于不同使用場景的電動汽車中。
日常乘用電動汽車：動力需求高，電池布局緊湊，冬季性能需求高，使用壽命短(6-8年換車周期)。
大型公交車，社會作業車，經濟性車：動力需求低，充分的電池布局空間，使用壽命長(10年以上使用周期)。
綜上，沒有絕對優秀的電池材料，按照性能尋找適合使用的場景。三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池各有長短。按照需求來看，三元鋰離子電池更適合搭載車型更小，強調動力的日常乘用車，但要加強電池和電控系統的管理，磷酸鐵鋰離子電池更適合搭載于對電池布局要求低，使用壽命長的公共通勤工具和社會用車上。混料工藝在鋰離子電池的整個生產工藝中對產品的品質影響度大于30%，是整個生產工藝中最重要的環節。漿料制備工藝的重要目的為：（1）分散活性物質和導電劑顆粒團聚體；（2）甚至破碎活性物質和導電劑二次顆粒，進一步減小顆粒尺寸；（3）形成最合適的活性物質、導電劑和粘結劑彼此之間的排布方式；（4）維持漿料最優懸浮結構和成分穩定性，防止沉降和團聚等成分偏析。
鋰離子電池正負極漿料基本上都是由活性物質、聚合物粘結劑和導電劑等組成，漿料分散懸浮液中可能的導電劑分布存在三種情況：導電劑沒有充分分散，保持團聚，被粘結劑包裹形成大顆粒；導電劑分散但與活性顆粒相互獨立；導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]。而粘結劑與活性物質的相互用途包括：（1）靜電用途阻止顆粒的團聚；（2）粘結劑相形成三維網絡結構，空間位阻用途阻止顆粒的團聚；（3）粘結劑與活性物質顆粒形成凝膠結構，此時，粘度比較高，且無法通過添加溶劑降低，不能涂布。
