磷酸铁锂电池在新能源领域正扮演着至关重要的角色

欣旺达314Ah方形锂离子电池

随着全球对清洁能源的需求不断增长，以及新能源产业的蓬勃发展，电池技术作为能源存储和转换的关键环节，受到了广泛关注。磷酸铁锂电池以其独特的性能优势，在众多电池类型中脱颖而出，成为新能源产业发展不可或缺的角色。

新能源汽车、太阳能与风能并网调频储能电站、移动通讯基站以及电动物流车等领域的快速发展，对动力电池的性能提出了更为严格的要求。在这一背景下，动力锂电池的研发成为了研究前沿。磷酸铁锂电池凭借其高安全性、长循环寿命和容量稳定等优点，成为了国际公认的可持续发展的动力锂电池正极材料。

自2004年以来，上海交通大学化学化工学院的马紫峰教授团队联合多家企业，经过长达15年的不懈努力，成功构建了具有自主知识产权的磷酸铁锂动力电池技术体系，并在新能源汽车和储能工程系统中得到了广泛应用。团队与比亚迪等单位合作完成的 “磷酸铁锂动力电池制造及其应用过程关键技术” 荣获 2018 年国家科技进步二等奖，这充分证明了磷酸铁锂电池在能源领域的重要地位。

磷酸铁锂电池的发展不仅为新能源产业带来了新的发展机遇，还为解决能源危机和环境污染问题提供了强有力的支持。接下来，我们将深入探讨磷酸铁锂电池的特点，进一步了解其在能源领域的独特价值。

磷酸铁锂电池的优点

高安全性

化学结构稳定，高温和过充电情况下更安全，遭受物理冲击或短路时安全性高。

磷酸铁锂电池的正极材料为磷酸铁锂，其化学结构稳定。与三元锂电池相比，三元锂电池中的镍材料在温度达到 200℃时开始分解并释放氧气和热量，促使电池出现冒烟、起火等热失控现象。而磷酸铁锂电池只有在温度达到 800℃以上时，内部才会开始产生化学反应。即使在高温条件下，由于磷酸铁锂电池内部稳定的 P-O 键，内部也不会形成强烈的氧化性物质。在电池组内氧气有限的情况下，自然难以点燃而自燃。此外，磷酸铁锂电池在针刺、碰撞、挤压、短路等情况下，也不会出现严重的热失控现象。各大车企也会对动力电池组采取各种安全措施，比如实时监控电池状态、采用先进的热管理系统、采用耐热或隔热材料等，为磷酸铁锂电池组的安全性又多了一份 “保险”。

不易发生爆炸和火灾风险。

磷酸铁锂电池本身具备出色的安全性。这得益于其电池材料本身的特性，即只有当电池温度达到500 - 600℃的高温时，其内部化学成分才会开始分解。相对于三元锂电池的高镍材料在 200℃左右就开始发生分解释放氧气，磷酸铁锂电池就安全得多。磷酸铁锂电池晶体中的 P-O 键稳固，即便在高温也不会结形成强氧化性物质，在电池仓有限的氧气供应下靠自身无法瞬间产生高温，很难满足爆炸的条件。虽然在网上能搜到相关的爆炸新闻，但如 2021 年北京 4.16 储能电站爆炸调查定性为磷酸铁锂电池短路所致，细究报道是南楼电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障，引发电池热失控起火并产生的易燃易爆气体，气体通过电缆沟进入北楼储能室并扩散，与空气混合形成爆炸性气体，遇电气火花发生爆炸。爆炸并非磷酸铁锂电池本身，而是因为满足了足够的氧气、达标的可燃物浓度、火源及有限空间四项条件诱发了爆炸，归根到底还是安全监测系统没有考虑周全，未能及时监测到可燃气体。

长循环寿命

通常循环寿命可达 2000 次以上，甚至 5000 次，降低用户更换成本。

磷酸铁锂电池的循环寿命通常可以达到 2000 次以上，甚至可达 5000 次。长寿命的特点也降低了用户的更换成本。例如国轩高科的磷酸铁锂电池循环寿命在 2000 次以上，在同样的条件下，可使用 7 到 8 年的时间。磷酸铁锂作为动力电池更具优势，其中之一就是超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在 300 次左右，最高也就 500 次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到 2000 次以上。

环保性好

主要成分铁和磷相对丰富且环保，生产和回收过程对环境影响小。

磷酸铁锂电池的主要成分是铁和磷，这些材料相对丰富且环保。在电池的生产和回收过程中，磷酸铁锂电池对环境的影响较小，符合可持续发展的理念。例如国轩高科的磷酸铁锂电池绿色环保，无毒，无污染，原材料来源广泛，价格便宜。

充电速度快

具有较高充电效率，能在短时间内完成充电。

磷酸铁锂电池具有较高的充电效率，能够在短时间内完成充电。这使得其在电动汽车等需要快速充电的场合更具吸引力。例如国轩高科的磷酸铁锂电池使用专用充电器，1.5C 充电 40 分钟即可以使电池充满。磷酸铁锂作为动力电池，在专用充电器下，充电 15 分钟内即可使电池充满，起动电流可达 4C，而铅酸电池现在无此性能。

性能稳定

在不同温度和工作条件下性能表现稳定，能在极端环境下正常工作。

在不同的温度和工作条件下，磷酸铁锂电池的性能表现较为稳定。这种稳定性使其在极端环境下（如高温或低温）依然能够正常工作。磷酸铁锂电池的电热峰值可达 350℃ - 500℃，具有工作温度范围宽广 (-20℃ - -75℃)，高温充电的容量稳定性好，储存性能好等优势。

无记忆效应

可随充随用，无须先放完再充电。

磷酸铁锂电池没有记忆效应，可随充随用，无须先放完再充电。

体积小、重量轻

同等规格容量下，体积是铅酸电池的 1/3，重量是铅酸电池的 1/3。

同等规格下，磷酸铁锂电池的体积和重量仅为铅酸电池的 2/3 和 1/3。对于环保要求较高的应用尤其理想。

磷酸铁锂电池的缺点

能量密度较低

与三元锂电池相比，相同体积和重量下储存电能较少。

磷酸铁锂电池的能量密度相对较低，在相同体积和重量下，其储存的电能要明显少于三元锂电池。这是由于磷酸铁锂电池的化学特性决定的，其电压平台相对较低，导致能量密度受限。例如，在电动汽车领域，为了获得相同的续航里程，搭载磷酸铁锂电池的车辆可能需要配备更大体积和重量的电池包，这不仅会对车辆的空间布局造成一定影响，还会增加整车的重量，进而对车辆的操控性能和能耗效率产生不利影响。

成本较高

初始投资高，可能影响在价格敏感领域的竞争力。

磷酸铁锂电池的成本较高主要体现在其初始投资上。从原材料的角度来看，尽管磷酸铁锂的原材料相对丰富且价格较为稳定，但在生产过程中，由于其工艺要求较高，因此需要投入更多的设备和技术成本。例如，为了提高磷酸铁锂电池的性能和稳定性，需要采用先进的生产工艺和设备，如纳米化技术、碳包覆技术等，这些都会增加生产成本。其次，磷酸铁锂电池的生产规模相对较小，尚未形成大规模的产业化效应，这也导致了成本的居高不下。在一些价格敏感的领域，如低端电动汽车、小型储能设备等，磷酸铁锂电池的高成本可能会使其竞争力受到影响。相比之下，一些其他类型的电池，如铅酸电池，虽然性能相对较低，但价格便宜，在一些对成本要求较高的应用场景中仍具有较大的市场份额。

低温性能差

在低温环境下放电性能受影响，容量可能下降。

磷酸铁锂电池在低温环境下的性能表现相对较差。当温度降低时，其放电性能会受到显著影响，导致容量大幅下降。例如，在温度低于3℃时，磷酸铁锂电池的性能就会明显逊色于三元锂电池，而在-10℃时，其电池容量会衰减至约50%，且最低工作温度不能超过-20℃。在冬天零度时，虽然磷酸铁锂电池仍能使用，但低温性能不是很好，在北方较冷的地区，如果没有配备自暖系统的话，汽车基本无法使用。这是在低温环境下，磷酸铁锂电池的电解液会发生结冰现象，这会导致整个电池系统的容量下降，循环稳定性能降低，并且在工作时可能出现断开的情况。此外，磷酸铁锂电池在低温环境下的性能不佳还会限制其在某些特殊领域的应用，例如寒冷地区的新能源汽车以及户外储能设备等。为了改善磷酸铁锂电池的低温性能，一些企业和研究机构正在积极探索新的技术和材料，如采用新型电解液、优化电池结构等。但目前来看，磷酸铁锂电池的低温性能问题仍然是其发展的一个瓶颈。

磷酸铁锂电池的应用领域

电动汽车

高安全性和长循环寿命使其成为电动汽车动力源的选择之一。

磷酸铁锂电池在电动汽车领域的应用越来越广泛。其高安全性为电动汽车的行驶提供了可靠保障。在高温和过充电等极端情况下，磷酸铁锂电池也能保持稳定，不易发生热失控现象，大大降低了电动汽车起火的风险。同时，长循环寿命使得电动汽车的电池更换频率降低，为用户节省了成本。例如，一些采用磷酸铁锂电池的电动汽车，其电池循环寿命可达到2000次以上，这意味着在正常使用条件下，电池的寿命可长达7至8年，甚至更久。此外，磷酸铁锂电池的耐高温性能也使其在电动汽车的热管理系统中具有优势。即使在高温环境下，电池也能保持稳定的性能，不会因为温度过高而影响车辆的续航里程和性能表现。新能源汽车广泛应用磷酸铁锂电池的原因之一就是其成本和安全性方面的优势。与三元锂电池相比，磷酸铁锂电池不会着火，安全性更高。而且，我国车企青睐磷酸铁锂电池，是因为我国新能源汽车的发展需要安全可靠、性能稳定和成本低廉的动力电池。磷酸铁锂电池在安全性方面具有先天优势，并且中国在磷酸铁锂电池技术领域已经掌握了全球领先的技术和工艺，具备实现弯道超车的潜力。

储能系统

稳定性和长寿命使其成为储能系统存储太阳能和风能的理想选择。

磷酸铁锂电池在储能系统中具有显著的优势。首先，其稳定性高，在正常使用情况下，电池正常使用寿命不低于 15 年。即使在极限条件下，磷酸铁锂电池若发生故障，也应在可控范围内，不会引发爆炸、燃烧等危及电站安全运行的严重故障。其次，长寿命是磷酸铁锂电池的一大特点。一般而言，储能领域应用的磷酸铁锂离子电池，要求循环次数大于 3500 次，寿命需求为大于 10 年。磷酸铁锂离子电池的循环次数远高于铅酸蓄电池和三元电池，循环次数可达 7000 次以上。而且，磷酸铁锂离子电池体积小，充放电特性好。虽然锂离子电池的体积仅为铅酸蓄电池的三分之二，重量仅为铅酸蓄电池的三分之一，但锂离子电池包的充放电电能转换效率可超过97%，而铅酸蓄电池的充放电电能转换效率则约为80%左右。在相同的温度下，采用不同倍率的放电电流，完全充电的磷酸铁锂离子电池放电输出特性非常稳定。目前，磷酸铁锂离子电池系统能量密度最多只能达到 140Wh/Kg，即时是磷酸铁锂和多元复合锂电芯能量密度正在提升，最多也只可达 140 - 175Wh/kg。但对于储能系统来说，磷酸铁锂离子电池现在达到的能量密度是可以满足需求的。随着原材料价格大幅下探以及技术进步，磷酸铁锂离子电池的性价比越来越高，未来有望成为储能的重要电池供应方向。

电动工具

快速充电和高安全性受青睐，提高使用效率和安全性。

磷酸铁锂电池作为电动工具的电池有一定的优势。其耐高温性能比其他类锂离子电池更好，同时可以实现 30C 倍率以上的放电性能，在常温宽温环境下使用有比较理想的效果。与镍氢电池相比，其低温性能和能量密度都相对要好很多，在使用寿命上也要比镍氢电池更长。镍氢电池有记忆效应，磷酸铁锂离子电池没有。目前磷酸铁锂离子电池良好的高温性能和高倍率放电能力，及高达 2000 次的循环寿命，使其在电动工具市场中备受青睐。随着技术的不断发展，以及 DIY 观念逐渐被人们接受，电动工具的应用范围也在不断扩展，许多传统手动工具作业的领域开始更多地被电动工具所取代。而锂电池在电动工具中应用越来越广泛，未来电动工具是锂电池一个具有大规模运用前景的市场。由于锂电池的诸多优势，锂电池正逐渐取代镍镉电池。与镍镉电池相比，锂电池重量更轻、效率更高、容量更大。

便携式电子设备

稳定性和安全性使其在一些设备中得到应用。

虽然在便携式电子设备领域，钴酸锂电池应用更为广泛，但磷酸铁锂电池在某些特定场合下也显示出了巨大的潜力。例如，需要长时间待机或在恶劣环境中工作的设备，如野外探测仪器、军事通讯器材等，磷酸铁锂电池因其耐高低温性能及抗过充能力而备受青睐。磷酸铁锂电池自身的结构特点和特殊的工作原理，决定了其原材料丰富、环保、比容量高、循环性能和安全性能好等特点，在医疗行业（例如，助听器、心脏起搏器等）、石化行业（例如，采油动力负荷调整）、电力行业（例如，储能电源）等均具有广阔的应用前景。其在追求能源绿色化的今天，具有更加重要的意义。

磷酸铁锂电池未来发展趋势

成本下降

生产工艺改进和规模化生产有望降低成本，扩大应用领域。

当前，磷酸铁锂电池的成本下降趋势愈发明显。如中国电池工业协会副理事长兼执行秘书长王建新在 2024 中国国际新型储能发展峰会上指出，磷酸铁锂电芯的成本已显著下滑至 0.4 元 / Wh 左右。宁德时代正向车企推广一款 173Ah 的 VDA 规格磷酸铁锂电芯，标配 2.2C 倍率快充，电芯价格不超过 0.4 元 / Wh；比亚迪旗下的弗迪电池也在内部通知让团队降本增效，加强物料管控。随着生产工艺的不断改进，如采用纳米化技术、碳包覆技术等先进生产工艺和设备，以及规模化生产的推进，磷酸铁锂电池的成本有望进一步降低。成本的下降将使其在更多领域得到应用，如电动汽车、储能系统、电动工具等，扩大其应用领域。

能量密度提升

探索新材料和技术提高能量密度，增强竞争力。

目前，磷酸铁锂电池的能量密度相对较低，与三元电池等其他类型的锂离子电池相比存在一定差距。然而，研究人员正在探索新的材料和技术，以提高磷酸铁锂电池的能量密度。例如，通过材料创新，改进正极材料的组成和结构，或采用新型的高能量密度材料替代传统的磷酸铁锂；优化电池结构设计，采用更紧凑的电池包设计，减少无效体积；改进制造工艺，减小电池内阻，提升电池的效率。加锰可提升磷酸铁锂电芯能量密度，蜂巢能源在第三届电池日上提出了高锰铁镍的解决方案，将镍钴锰按照一定的比例进行混参，实现安全、性能、成本及可制造性的平衡。未来，随着材料科学的不断发展，可能会出现能量密度更高、成本更低的新型材料，替代传统的磷酸铁锂。

回收技术进步

有助于降低环境影响，提高资源利用效率。

随着磷酸铁锂电池的广泛应用，电池的回收和再利用变得越来越重要。光华科技在业内率先掌握磷酸铁锂退役动力电池回收利用核心关键技术，成为国内首家实现磷酸铁锂电池全组分回收循环利用并商业化的企业。通过精细脱粉工艺和湿法再生工艺的联合优势，成功实现了对磷酸铁锂电池的全组分、高质化、高值化循环利用。退役磷酸铁锂电池全组分回收技术不仅能有效减轻生态环境负担，还能构建 “材料 - 电池 - 新能源汽车制造 - 动力电池回收” 的全产业链闭路循环体系，降低再生产品的生产成本，提高市场竞争力。在当前金属资源对外依存度不断攀升的背景下，这一技术的推广应用，对于缓解我国资源短缺、降低资源经济成本具有重大意义。

开拓新应用领域

有望在电动航空、智能电网等新兴领域找到应用。

随着技术的不断进步，磷酸铁锂电池有望在更多新兴领域找到应用。例如，在电动航空领域，由于该领域对电池的安全性和能量密度有着较高的要求，磷酸铁锂电池凭借其高安全性和不断提升的能量密度，展现出了一定的应用潜力。在智能电网领域，磷酸铁锂电池的稳定性和长寿命可以为电网的储能系统提供可靠的支持，有效存储太阳能、风能等可再生能源，实现能源的高效利用和智能调配。未来，随着磷酸铁锂电池技术的不断发展和完善，其在新兴领域的应用前景将更加广阔。

对磷酸铁锂电池总结

磷酸铁锂电池以其独特的特点在新能源领域占据着重要地位，具有广阔的应用前景。

首先，总结其特点。磷酸铁锂电池具有高安全性，化学结构稳定，在高温、过充电、物理冲击或短路等情况下都能保持较高的安全性，不易发生爆炸和火灾风险。长循环寿命同样是磷酸铁锂电池的显著优势，其循环寿命通常可达2000次以上，甚至高达5000次，这极大地降低了用户的更换成本。环保性好，主要成分铁和磷相对丰富且环保，生产和回收过程对环境影响小。磷酸铁锂电池充电速度快，具有较高的充电效率，能够在短时间内迅速完成充电过程。性能稳定，在不同温度和工作条件下性能表现稳定，能在极端环境下正常工作。无记忆效应，可随充随用，无须先放完再充电。体积小、重量轻，同等规格容量下，体积和重量仅为铅酸电池的一部分。

然而，磷酸铁锂电池也存在一些缺点。能量密度较低，与三元锂电池相比，相同体积和重量下储存电能较少。成本较高，初始投资高，可能影响在价格敏感领域的竞争力。低温性能差，在低温环境下放电性能受影响，容量可能下降。

其次，展望其应用前景。在电动汽车领域，磷酸铁锂电池凭借其高安全性和长循环寿命，成为了电动汽车动力源的重要选择之一。随着新能源汽车的发展，磷酸铁锂电池的应用将越来越广泛。在储能系统中，磷酸铁锂电池的稳定性和长寿命使其成为存储太阳能和风能等可再生能源的理想选择。在电动工具领域，磷酸铁锂电池因其快速充电和高安全性而受到青睐，这有助于提高使用效率和安全性。在便携式电子设备领域，磷酸铁锂电池的稳定性和安全性使其在一些对电池性能要求较高的设备中得到了广泛应用。

未来，磷酸铁锂电池的发展趋势明显。成本下降，生产工艺改进和规模化生产有望降低成本，扩大应用领域。能量密度提升，探索新材料和技术提高能量密度，增强竞争力。回收技术进步，有助于降低环境影响，提高资源利用效率。开拓新应用领域，有望在电动航空、智能电网等新兴领域找到应用。

磷酸铁锂电池凭借其特点和优势，在新能源领域发挥着重要作用。随着技术的不断进步，其缺点将逐渐得到改善，应用前景将更加广阔。