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化工原料常见问题

磷酸铁锂简介以及应用

频道:化工原料常见问题 日期: 浏览:143

01 磷酸铁锂结构

LFP为LiFePO4的简写,中文一般称为磷酸铁锂,橄榄石结构,是电池的一种正极材料。

磷酸铁锂结构].png

2 LFP 规格

单体额定电压 = 3.2V;

充电截止电压 = 3.6V~3.65V;

单体的能量密度 = 160Wh/kg;

循环寿命次数 = 2000次左右[2];

以下是工信部在2021年11月18日发布的《锂离子电池行业规范条件(2021年本)》,里面规定的电池单体的能量密度和电池组的能量密度要求。

三、产品性能

(一)电池

1.消费型单体电池能量密度>230Wh/kg,电池组能量密度≥180Wh/kg,聚合物单体电池体积能量密度>500Wh/L。循环寿命≥500次且容量保持率≥80%。

2.动力型电池分为能量型和功率型。其中,使用三元材料的能量型单体电池能量密度>210Wh/kg,电池组能量密度≥150Wh/kg;其他能量型单体电池能量密度≥160Wh/kg,电池组能量密度≥115Wh/kg。功率型单体电池功率密度>500W/kg,电

池组功率密度≥350W/kg。循环寿命≥1000次且容量保持率≥80%。

3.储能型单体电池能量密度≥145Wh/kg,电池组能量密度≥100Wh/kg。循环寿命>5000次且容量保持率>80%。

(二)正极材料

磷酸铁锂比容量≥145Ah/kg,三元材料比容量≥165Ah/kg,钴酸锂比容量≥160Ah/kg,锰酸锂比容量>115Ah/kg,其他正极材料性能指标可参照上述要求。

LFP大都可以达到这个要求。

3 LFP 优缺点

它具备了锂离子电池所有的优点:

1、能量密度大;

2、无记忆效应,可以长期充放电,储能效果几乎不受影响;

3、自放电率低;

4、免维护。

相比于其他锂离子电池,其优势在于:

1、更安全,因为更耐高温

2、可快速充放电。

3、循环寿命长。

4、价格便宜

5、环保

但是相对于其他锂离子电池,其缺点[4]是:

1、LFP存在一定的性能缺陷,如振实密度和压实密度很低[5],导致锂离子电池的能量密度相对较低。单体能量密度在180Wh/kg已经是极限,几乎不可能在增加;。

2、低温下性能差,在0℃以下,使用LFP使用性能被大幅限制;

3、LFP的OCV-SOC平台区太平,使用传统意义的OCV-SOC曲线估计SOC的方法可用性不高,精度较低;

4、产品的一致性差,因为LFP的合成反应是一个复杂的多项反应,有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐等等,这个过程很难保证反应的一致性;

5、知识产权的问题,目前的LFP很大部分专利都在国外,所以在LFP的成本中记上专利使用费的话,产品成品会进一步增加。

针对以上缺点,传统的车企在应用LFP的过程中做了很多创新,对LFP进行BMS管理,并加入热启动等方案解决低温性能差问题,合理控制电池主动和被动均衡解决一致性问题,以及使用斜坡区曲线和常规矫正等手段进行SOC估计等等。

而且针对LFP知识产权问题,目前大部分专利是2001年左右出的,已经快过了专利的期限20年,所以在最近几年,LFP的成本还会进一步降低。

总的来说:LFP安全性高和成本低两大原因,以及企业对LFP应用缺陷的弥补,导致目前LFP被广泛应用。

04 LFP 应用

应用在各个领域:

1、大型电动汽车,如公交车,电动汽车,旅游汽车,混合动力汽车;

2、轻型电动汽车,如电动自行车,高尔夫球车,平板车,叉车,保洁车[6];

3、电动工具,UPS,应急灯,矿灯,5G基站,机器人设备,小型医疗设备和便携设备等等;

笔者之前在车企上过车,这里就对其在电池企业和车企应用简单的统计下:

电池企业:比亚迪、宁德时代、国轩、亿维等等

车企:蔚来、小鹏、理想,基本大多数车企都用到LFP电池。

05 LFP 未来应用

LFP往材料的方向很难再做突破,很多电池厂更多的是往结构上突破,但是这个不仅仅限制于LFP了,三元材料也可。

目前很多电池都是‘电芯-模组-电池包’小模组的形式,最大的好处是将电芯按照模组进行区分,更好管理,后期也更好维修,但是有很多冗余结构,降低包的利用率,也使得整个电池变得很笨重。所以就有新的突破,采用无模组设计,直接将电芯设计到电池包里面。

CTP是一种电池包技术,CTC和CTB是一类整车技术。CTB要稍逊于特斯拉的CTC方案,也就是说比亚迪的制造成本会略高于特斯拉。但是在结构安全和可维修性方面,比亚迪的CTB还是要更为出色,这种方案对用户更有利。

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特斯拉的CTC技术方案比较激进,集成度高,但相对灵活性差,并且可维修性差。

零跑的CTC在轻量化程度上不及特斯拉极致,电池舱密封性能风险高。

比亚迪的CTB方案在轻量化及集成度上恰到好处,并且安全性高,比较符合未来发展趋势。

06 总结

总体来说,在半固态和固态电池没有到来之前,至少在最近几年时间,笔者还是很看好LFP,随着CTP、CTC、CTB的技术不断成熟,相信电池企业会越做越好,车企也会越来越好。人们生活方式会更加便捷和舒适。


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