不同的電池材料體系，有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，新的電池材料體系迭出，大有“青出于藍(lán)而勝于藍(lán)”的趨勢(shì)，尤其是三元材料在電動(dòng)大巴上解禁之后，該體系有著越來(lái)越高的呼聲。磷酸鐵鋰材料體系作為當(dāng)前電池材料體系的中堅(jiān)力量，在其能量密度越來(lái)越接近上限的時(shí)候，是否還有其他的殺手锏以確保其自立于市場(chǎng)?磷酸鐵鋰電池材料的前景頗受關(guān)注。

磷酸鐵鋰的“危”與“機(jī)”

鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。從工作原理上講，磷酸鐵鋰也是鋰離子的嵌入/脫嵌過(guò)程，這一原理與鈷酸鋰、錳酸鋰等相同。磷酸鐵鋰經(jīng)常被拿來(lái)與三元鋰電池做比較，二者經(jīng)常成為業(yè)內(nèi)爭(zhēng)議的焦點(diǎn)。

這兩種材料都會(huì)在一定溫度下發(fā)生分解，三元材料在200攝氏度左右即發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料在800攝氏度左右分解，這意味著，三元材料更易成為火災(zāi)事故“幫兇”，三元電池要實(shí)現(xiàn)和磷酸鐵鋰同樣程度的安全水平，對(duì)技術(shù)和工藝的要求更高。

然而，磷酸鐵鋰的能量密度低于三元電池。磷酸鐵鋰電池單體能量密度約120Wh/kg，成組后能量密度約80Wh/kg。相比之下，三元電池能量密度較高，三元鋰電池單體能量密度約180Wh/kg，成組后約110Wh/kg。因此，業(yè)內(nèi)頻傳磷酸鐵鋰電池能量密度提升空間有限，未來(lái)或被其他電池體系取代。

在知識(shí)產(chǎn)權(quán)日益被重視的當(dāng)下，磷酸鐵鋰于此不及三元，這對(duì)磷酸鐵鋰電池的發(fā)展有所掣肘。最早有關(guān)磷酸鐵鋰的專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)?993年6月25日由FXMITTERMAIER & SOEHNE OHG (DE)獲得，并于同年8月19日公布申請(qǐng)結(jié)果。磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專(zhuān)利被美國(guó)德州大學(xué)所有，而碳包覆專(zhuān)利被加拿大人所申請(qǐng)。這兩個(gè)基礎(chǔ)性專(zhuān)利很難繞過(guò)去，產(chǎn)品專(zhuān)利方面的費(fèi)用推高了磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品的成本。而業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)2017年對(duì)車(chē)用鎳鈷錳三元鋰電池行業(yè)全球?qū)＠慕y(tǒng)計(jì)顯示，無(wú)論是其他國(guó)家的專(zhuān)利布局還是中國(guó)境內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新保護(hù)意識(shí)，錳鈷鎳三元鋰電池的技術(shù)研發(fā)都是當(dāng)前的技術(shù)熱點(diǎn)，我國(guó)鎳鈷錳三元鋰電池專(zhuān)利申請(qǐng)量在世界上遙遙領(lǐng)先。因此，在專(zhuān)利方面，磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)不及三元電池。

在能量密度方面，磷酸鐵鋰的天花板略低，可發(fā)揮空間不大，但在用戶所關(guān)心的充電速度方面打開(kāi)了一扇窗?？斐渥鳛樾履茉雌?chē)發(fā)展必須攻克的技術(shù)路徑，其對(duì)于緩解續(xù)航里程焦慮、減少充電時(shí)間等有著明顯的作用，因此，快充成為車(chē)企和電池企業(yè)的發(fā)力方向，也成為磷酸鐵鋰電池未來(lái)應(yīng)用的一個(gè)亮點(diǎn)。

此外，在2016年12月底發(fā)布的新能源汽車(chē)補(bǔ)貼調(diào)整方案中，“3C-5C、5C-15C、15C+”三個(gè)檔次的快充倍率，可分別獲得0.8倍、1倍、1.4倍補(bǔ)貼，在該政策激勵(lì)下，走磷酸鐵鋰技術(shù)路線的企業(yè)加大了在快充方面的研發(fā)力度，快充使磷酸鐵鋰電池獲得了的新突破點(diǎn)。

快充——磷酸鐵鋰電池的新突破點(diǎn)

快充技術(shù)的核心就是在不影響電芯壽命和安全性的前提下，通過(guò)化學(xué)體系的設(shè)計(jì)，加速鋰離子在正負(fù)極移動(dòng)的速度，很多快充技術(shù)都是圍繞這一點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)磷酸鐵鋰電池快充的研發(fā)，寧德時(shí)代和沃特瑪具有代表性。

寧德時(shí)代的磷酸鐵鋰快充技術(shù)比較成熟，正極方面，寧德時(shí)代開(kāi)發(fā)了“超電子網(wǎng)”技術(shù)，在確?？斐潆姵叵到y(tǒng)的安全性和可靠性的基礎(chǔ)上，使磷酸鐵鋰的電子具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可達(dá)三元材料的1000倍。負(fù)極方面，寧德時(shí)代采用“快離子環(huán)”技術(shù)，在石墨表面打造一圈“高速公路”，加快了鋰離子在石墨層的嵌入，充電倍率可達(dá)4C~5C，并能保證系統(tǒng)級(jí)別70Wh/kg以上的能量密度，實(shí)現(xiàn)10000次的循環(huán)壽命。此外，為了讓快充適應(yīng)不同的工作環(huán)境，寧德時(shí)代還專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了熱管理系統(tǒng)，確保在低溫和高溫的環(huán)境里實(shí)現(xiàn)快充。

寧德時(shí)代總裁黃世霖表示，寧德時(shí)代將開(kāi)發(fā)更成熟的電池快充技術(shù)，配合充電需求布設(shè)專(zhuān)業(yè)化集中充電站，滿足市場(chǎng)對(duì)遠(yuǎn)距離行駛和短時(shí)間充電的需求。據(jù)了解，寧德時(shí)代將逐步提升電池能量密度，提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，2017年年底前推出新技術(shù)，爭(zhēng)取生產(chǎn)出充電10分鐘、續(xù)航300公里的電池產(chǎn)品。

通過(guò)對(duì)沃特瑪?shù)恼{(diào)研和相關(guān)資料的查閱，電池中國(guó)網(wǎng)了解到，沃特瑪是磷酸鐵鋰材料體系的堅(jiān)定擁護(hù)者，它在磷酸鐵鋰快充方面一直在發(fā)力。正極方面，沃特瑪使用粒徑更小的磷酸鐵鋰材料，目前市場(chǎng)上普遍的磷酸鐵鋰粒徑在300~600nm之間，而沃特瑪只用100~300nm的磷酸鐵鋰材料，從而使鋰離子擁有更快的遷移速度，可實(shí)現(xiàn)更大倍率的電流進(jìn)行充放電。在負(fù)極端，沃特瑪同樣采用粒徑更小的人造石墨進(jìn)行碳包覆——小粒徑有利于鋰離子的脫離和嵌入;碳包覆能對(duì)電池的循環(huán)壽命進(jìn)行優(yōu)化改善，微孔的碳結(jié)構(gòu)有利于電解液的吸附，從而起到改善循環(huán)壽命的作用。

在安全防護(hù)措施方面，沃特瑪電池采用圓柱結(jié)構(gòu)，并在常規(guī)安全裝置外設(shè)有通氣管裝置和拉斷開(kāi)啟裝置。通氣管裝置能保證內(nèi)部氣壓的平衡，可防止電芯內(nèi)局部氣壓過(guò)高導(dǎo)致電池爆炸的風(fēng)險(xiǎn);而拉斷開(kāi)啟裝置在電池過(guò)充、過(guò)流、過(guò)熱的情況下，會(huì)產(chǎn)氣斷開(kāi)電路，終止電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)，防止爆炸的發(fā)生。

磷酸鐵鋰電池近年來(lái)一直在電池體系中擔(dān)綱主角，盡管理論能量密度上升空間有限，多傳終將被其他電池材料取代，但磷酸鐵鋰找到了新的突破點(diǎn)，在快充方面向其他電池材料體系發(fā)起了挑戰(zhàn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)，憑快充“一招鮮”，磷酸鐵鋰就可以走得更遠(yuǎn)。