深入了解磷酸鐵鋰電池，特斯拉的電池新選擇

特斯拉最近透露其打算在其標準續(xù)航里程車輛中采用磷酸鐵鋰 (LFP) 電池。LFP 電池對鋰離子電池有什么作用？

雖然磷酸鐵鋰 (LFP) 電池以前一直被擱置以支持鋰離子電池，但電動汽車制造商的這種情況可能正在發(fā)生變化。特斯拉 2021 年第三季度報告宣布，該公司計劃在其所有標準范圍車輛中過渡到 LFP 電池 。

這一消息反映了磷酸鐵鋰電池在下一代電動汽車 (EV) 中越來越受歡迎的更大趨勢。

什么是 LFP 電池？

LFP 電池使用磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 作為陰極材料，同時使用石墨碳電極和金屬背襯作為陽極。與許多正極材料不同，LFP 是由一種以上帶負電的元素組成的聚陰離子化合物。與鎳錳鈷的二維板相比，它的原子排列成晶體結(jié)構(gòu)，形成鋰離子的 3D 網(wǎng)絡(luò)。

LFP 電池的工作原理與其他鋰離子 (Li-ion) 電池類似，在正極和負極之間移動以進行充電和放電。然而，與氧化鈷或氧化錳相比，磷酸鹽是一種無毒材料。更重要的是，LFP 電池能夠在 2,000–3,000 次的更高充電周期內(nèi)提供恒定電壓。

電池管理系統(tǒng)在 LFP 電池中的作用是什么？

LFP 電池不僅僅由連接的電池組成；它們包括一個系統(tǒng)，可確保電池保持在安全范圍內(nèi)。電池管理系統(tǒng) (BMS) 在所有操作條件下保護、控制和監(jiān)控電池，以確保安全并延長電池的使用壽命。

雖然磷酸鐵鋰電池比替代品更具耐受性，但它們?nèi)匀粫艿匠潆娺^程中過壓的影響，從而降低性能。陰極材料也會氧化并變得不太穩(wěn)定。BMS 用于限制每個電池并確保電池本身保持在最大電壓。

隨著電極材料的分解，欠壓是一個問題。如果任何電池電量降得太低，BMS 能夠?qū)㈦姵貜碾娐分袛嚅_。它還將作為過流條件的后備器，并在發(fā)生短路時關(guān)閉操作。

為什么 LFP 電池是鋰離子電池的理想替代品？

磷酸鐵鋰電池的能量密度低于鈷酸鋰 (LiCoO2) 的替代品，并且具有較低的工作電壓。盡管存在這些挑戰(zhàn)，但不可否認 LFP 電池在電動汽車中的優(yōu)勢。

低成本和低影響

LFP 以其低成本而聞名，據(jù)估計，它每公斤比富含鎳的 NMC 低 70%。成本優(yōu)勢來自其化學成分。鐵和磷在全球范圍內(nèi)大規(guī)模開采，并廣泛用于許多行業(yè)。

2020年，LFP電池的最低報告電池價格首次達到100美元/千瓦時以下。LFP電池對環(huán)境的影響也較?。凰鼈儾缓嚮蜮?，它們供應(yīng)受限、價格昂貴且對環(huán)境的影響更大。

定義明確的性能

LFP 電池的生命周期比其他鋰離子電池更長，因為電池的容量損失速度較慢。它們較低的工作電壓也意味著電池不易發(fā)生影響容量的反應(yīng)。

憑借一致的放電電壓和較低的內(nèi)阻，LFP 驅(qū)動的車輛可以更快地提供電力并實現(xiàn)更高的充電/放電效率。

提高安全性和穩(wěn)定性

LFP 具有熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，因此不太容易因誤用或結(jié)構(gòu)損壞而發(fā)生爆炸或火災(zāi)。在鈷酸鋰電池中，熱失控可能是由于缺少具有負溫度系數(shù)的鈷而導(dǎo)致的。

據(jù)說 LFP 的熱量是富鎳 NMC 的六分之一。LFP電池中的Co-O鍵也更強，因此如果短路或過熱，氧原子的釋放速度會更慢。更重要的是，完全充電的電池中沒有鋰殘留，與其他鋰電池典型的放熱反應(yīng)相比，它們在氧氣損失過程中具有很強的抵抗力。

大規(guī)模采用 LFP 的注意事項

雖然磷酸鐵鋰電池比替代品更便宜、更穩(wěn)定，但阻礙大規(guī)模采用的一個關(guān)鍵因素是能量密度。LFP 電池的能量密度遠低于替代品，在 15% 到 25% 之間。然而，隨著更厚的電極（例如上海制造的 Model 3 中使用的電極），這種情況開始發(fā)生變化，提供359Wh/L 的能量密度。

由于 LFP 電池的生命周期長，在擁有大約一年后，它們實際上比具有相似重量的鋰離子電池具有更大的容量。這意味著，隨著時間的推移，這些電池的能量密度變得更具可比性。

大規(guī)模采用的另一個障礙是一系列 LFP 專利讓中國主導(dǎo)了市場。隨著這些專利到期，有人建議 LFP 生產(chǎn)將與車輛制造一起本地化。

福特、大眾和特斯拉等主要汽車制造商正越來越多地利用該技術(shù)并替代鎳或鈷配方。特斯拉最近在其季度更新中的公告僅僅是個開始。特斯拉還對其4680 電池組進行了簡要更新，該電池組將能夠提供更大的能量密度和續(xù)航里程。也有人猜測特斯拉將采用“電池到電池組”結(jié)構(gòu)來塞入更多電池并補償較低的能量密度。

盡管是過時的技術(shù)，但 LFP 及其相關(guān)的電池成本降低可能是加速大規(guī)模 EV 采用的基礎(chǔ)。到 2023 年，鋰離子電池的價格預(yù)計將接近 100 美元/千瓦時。LFP 可能會讓汽車制造商更加重視便利性或充電時間等因素， 而不僅僅是價格。