其實(shí)鋰電池只是一個(gè)統(tǒng)稱，如果按照其正極材料等進(jìn)行細(xì)分的話，還會(huì)有鈷酸鋰、錳酸鋰以及磷酸鐵力。而本篇文章主要的闡述對(duì)象就是磷酸鐵鋰，也就是前文所說 的“加鐵的電芯”。依次對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行闡述，以及目前市面上多數(shù)移動(dòng)電源使用鈷酸鋰或錳酸鋰電芯的一些特性對(duì)比。
磷酸鐵鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)
磷酸鐵鋰電池工作原理
?什么事磷酸鐵鋰電池?
鋰離子電池內(nèi)部主要由正極、負(fù)極電解質(zhì)和隔膜組成，鋰離子電池的正、負(fù)極及電解質(zhì)根據(jù)所使用材料的不同，會(huì)使電池有著不同的性能表現(xiàn)以及不同的名稱。目前 市面上比較常見的鋰電池分為鈷酸鋰(LiCoO2)和錳酸鋰(LiMn2O4)，以及本篇文章中的主角——磷酸鐵鋰(LiFePO4)。
逐漸興起的電動(dòng)汽車
作為鋰電池的一種，磷酸鐵鋰主要用途就是動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域，比如電動(dòng)汽車、軍事航天、電動(dòng)工具以及UPS，由于其有著出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性能以及較長的使 用壽命，所以更加適合用在動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域中使用。相比使用其他正極材料的鋰離子電池來說，磷酸鐵鋰電池至少具備五大優(yōu)點(diǎn)。
五大優(yōu)勢 安全長壽
相比目前市面上較為常見的鈷酸鋰和錳酸鋰電池來說，磷酸鐵鋰電池至少具有以下五大優(yōu)點(diǎn)：更高的安全性、更長的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬(原材料成本低)、支持快速充電、工作溫度范圍廣。
?更高的安全性
燃燒中的鋰電池
磷酸鐵力完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，表現(xiàn)在磷酸根化學(xué)鍵的結(jié)合力比傳統(tǒng)的過度金屬氧化物結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵強(qiáng)，所以結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并且不易釋放氧氣。
?更長的使用壽命
目前市面上多數(shù)移動(dòng)電源內(nèi)部所使用的鋰離子電芯，循環(huán)使用壽命基本在500次-800次左右，而磷酸鐵鋰電池則有著至少2000次以上的使用壽命，并且其容量還能維持在80%以上。所以如果移動(dòng)電源內(nèi)部儲(chǔ)電單元為磷酸鐵鋰的產(chǎn)品，有著絕對(duì)的正常使用壽命優(yōu)勢。
?不含任何重金屬和稀有金屬
磷酸鐵鋰正極材料
磷酸鐵鋰電池正極材料中不含貴重金屬和稀有金屬，所以更加環(huán)保，能夠有效減少環(huán)境的污染。另外，廣泛的材料來源也讓其材料成本更低，在價(jià)格上更優(yōu)優(yōu)勢。
?支持快速充電
磷酸鐵鋰放電曲線
在充電速度上，磷酸鐵鋰同樣有著更大的優(yōu)勢，支持快充的特性讓其可支持至少2C的充電速度(C為充電參數(shù)，比如容量為1000mAh的電芯，2C電流即為 1000mA×2=2000mA)。能夠大幅度縮短充電時(shí)間，目前市面上多數(shù)移動(dòng)電源在使用5V標(biāo)準(zhǔn)充電電壓下，充電電流通常為0.2C。
?工作溫度范圍廣
各溫度下放電曲線
相比其他鋰電池來說，磷酸鐵鋰電池有著更大的工作溫度范圍，在-20°C至+75°C下均可正常工作，一些具有耐高溫特性的磷酸鐵鋰電池還可以在350°C至500°C范圍內(nèi)正常工作，相比錳酸鋰和鈷酸鋰的200°C極限值有著更多的優(yōu)勢。
所以，相比鈷酸鋰和錳酸鋰電池來說，磷酸鐵鋰最為明顯的優(yōu)勢就是極高的安全系數(shù)、支持快速充電(大電流充電)和更寬廣的工作溫度范圍?？梢宰屜M(fèi)者不必再 為鋰電池的安全問題而擔(dān)心的同時(shí)，也能夠在更加惡劣的環(huán)境中正常使用。不過，相比目前使用廣泛的鈷酸鋰和錳酸鋰電池來說，磷酸鐵鋰也存在著一些不足，請(qǐng)看 下文。
三大缺點(diǎn) 仍不完美
在簡單介紹完磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)之后，再來讓我們看看目前存在的一些不足。主要分為振實(shí)密度低、存在一致性問題和較高的制作成本三方面。
?振實(shí)密度低
磷酸鐵鋰電池
對(duì)于鋰離子電池來說，振實(shí)密度的大小能夠決定在相同容量下電池的體積大小，而較低的振實(shí)密度是目前磷酸鐵鋰電池需要亟待解決的一個(gè)缺點(diǎn)。相比鈷酸鋰和錳酸鋰來說，相同容量的磷酸鐵鋰電池體積則要更大，這也就是為什么磷酸鐵鋰電池沒有在手機(jī)電池等領(lǐng)域興起的一個(gè)原因。不過對(duì)于移動(dòng)電源領(lǐng)域來說，相同6000mAh的不同電池在尺寸上的差距并不明顯，屬于用戶可接受范圍之內(nèi)。
?一致性問題
電動(dòng)汽車內(nèi)的電池組
雖然磷酸鐵鋰電池相比鈷酸鋰和錳酸鋰電池來說，在壽命上有著絕對(duì)的領(lǐng)先優(yōu)勢。不過在電池組模式下時(shí)，其壽命會(huì)大幅降低。因?yàn)殡姵亟M是由大量單體電池通過串 并的方式連接到一起的，如果整個(gè)電池組中有一個(gè)電池出現(xiàn)故障，那么更換則非常麻煩，這也就是為什么目前電動(dòng)汽車內(nèi)電池組標(biāo)稱的循環(huán)壽命同樣為500次的原 因。
?較高的制作成本
使用磷酸鐵鋰電芯的移動(dòng)電源所提供的材料樣本
由于磷酸鐵鋰正極中的材料物理性能和其他鋰電池材料相差較大，粒度小，振實(shí)密度小等因素的影響，所以在制作工藝上的工藝要求較高，加上其標(biāo)稱電壓為3.2V，低于普通3.7V的鋰電池電壓，所以在制造整個(gè)電池組成本和相關(guān)制造設(shè)備和工藝上的要求要高于其他鋰電池。
除了以上介紹磷酸鐵鋰電池的三大弊端之后，還有一個(gè)潛在的問題在阻礙磷酸鐵鋰電池的發(fā)展，就是正極材料的專利紛爭問題。讓目前磷酸鐵鋰的整體成本要高于早已普及的鈷酸鋰和錳酸鋰電池。不過值得欣慰的是，近期其專利問題已經(jīng)得到緩解。
數(shù)據(jù)對(duì)比 前景廣闊
下表為磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰、鈷酸鋰電池的幾個(gè)比較明顯的數(shù)據(jù)對(duì)比，主要通過標(biāo)稱電壓、充放電壓范圍、體積比能量等幾大方面進(jìn)行對(duì)比。
從上表中我們可以看出，磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰三種使用不同正極材料的電池，雖然統(tǒng)稱為鋰離子電池，不過從其功能特性來看，還是存在較大差別的。
?標(biāo)稱電壓
首先就是電池標(biāo)稱電壓，人們已經(jīng)熟知的鈷酸鋰標(biāo)稱電壓為3.7V，這也是目前非常常見的一種鋰離子電池。而擁有更高電壓的錳酸鋰在近年來也被使用在一些手機(jī)和移動(dòng)電源產(chǎn)品中，而磷酸鐵鋰的標(biāo)稱電壓為3.2V，更低的電壓值在電路設(shè)計(jì)和檢測環(huán)節(jié)中需要使用特定的儀器才能夠更加精準(zhǔn)的檢測。
?充放電電壓
其次為充放電電壓的區(qū)別，從上表中我們可以看出，鈷酸鋰和錳酸鋰的充電限制電壓均為4.2V，也就是說在使用相同參數(shù)充電器的情況下，鈷酸鋰和錳酸鋰的充電器是可以通用的，而充電限制電壓為3.8V的磷酸鐵鋰電池需要單獨(dú)的充電器材能避免過高的充電電壓。
?體積比能量
在相同體積的情況下，體積比能量越大的電池有著容量越高的優(yōu)勢，而在這項(xiàng)參數(shù)中，鈷酸鋰電芯的體積比能量以380-430Wh/L名列第一，而磷酸鐵鋰的 體積比能量只有140-160Wh/L，這也就是前文所提到的體積問題。而目前一些廠商會(huì)通過使用更加先進(jìn)的制作工藝來解決這個(gè)問題，不過其制作成本會(huì)更 加昂貴。
?安全性和材料降價(jià)空間
安全能力始終是消費(fèi)者最為關(guān)注的，而磷酸鐵鋰憑借更寬曠的耐溫特性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，讓其安全能力遠(yuǎn)高于鈷酸鋰和錳酸鋰電池。而其整體價(jià)格的降價(jià)空間也要比早已普及多時(shí)的另外兩種電池大。
單節(jié)電芯 使用首選
如果對(duì)于目前電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的發(fā)展來看，本篇文章中前半部分所提及到的一些關(guān)于磷酸鐵鋰電池的弱點(diǎn)，就不會(huì)那么明顯了。因?yàn)槟壳皩⒘姿徼F鋰電池用在移動(dòng)電源中的產(chǎn)品，通常都是使用單節(jié)電芯的設(shè)計(jì)方式，而不是電動(dòng)汽車中所使用的電池組模式。
使用磷酸鐵鋰電芯的德柏仕X6000 Life 15th 移動(dòng)電源
支持5V/2A快速充電的磷酸鐵鋰移動(dòng)電源
如果在使用單節(jié)磷酸鐵鋰電池的情況下，那么在未來移動(dòng)電源領(lǐng)域中，磷酸鐵鋰的發(fā)展空間非常廣闊，因?yàn)槠涓叩陌踩芰δ軌蜃屖褂谜卟槐卦趽?dān)心“隨身炸彈” 問題的出現(xiàn)，而支持大電流充電也能夠大幅縮短在充電時(shí)等待的時(shí)間。加上超長的使用壽命，在實(shí)際使用時(shí)的成本則比鈷酸鋰和錳酸鋰更低。
總結(jié)：雖然磷酸鐵鋰有著眾多鈷酸鋰和錳酸鋰無法比擬的優(yōu)勢，不過在同容量的體積上，還是要大于多數(shù)普通移動(dòng)電源。如果在解決磷酸鐵鋰電池體積上的問題之后，相信這種隨身攜帶類的配件產(chǎn)品則會(huì)受到更多廠商的加入。
其實(shí)對(duì)于目前移動(dòng)電源領(lǐng)域來說，阻礙使用磷酸鐵鋰電池作為儲(chǔ)電單元移動(dòng)電源發(fā)展的最大障礙，就是體積和價(jià)格，如果容量在10000mAh以下的移動(dòng)電源，在體積上的差距對(duì)于一些消費(fèi)者來說還算在可接受范圍之內(nèi)。而產(chǎn)品售價(jià)上，如果按官方至少2000次的使用壽命來進(jìn)行計(jì)算，那么使用磷酸鐵鋰電池作為儲(chǔ)電單元的產(chǎn)品則更加劃算。
