磷酸鐵鋰電池在輕型電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)應用難點(diǎn)分析

導 讀

磷酸鐵鋰電池以其低成本、長(cháng)壽命、高安全性的特點(diǎn)而著(zhù)稱(chēng)，在輕型電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)獲得了規?；膽?，但是它的缺點(diǎn)也制約著(zhù)未來(lái)的發(fā)展前景。

一、磷酸鐵鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)

在鋰電池商業(yè)化應用的三十多年以來(lái)，形成了鈷酸鋰、錳酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰等幾種不同的正極材料發(fā)展路線(xiàn)，在不同的市場(chǎng)和領(lǐng)域各領(lǐng)風(fēng)騷。

磷酸鐵鋰電池在新能源汽車(chē)、儲能、通信、輕型電動(dòng)車(chē)等市場(chǎng)均取得了大規模的應用，隨著(zhù)成本的下降和性能的提升，未來(lái)的發(fā)展前景非常廣闊。

磷酸鐵鋰電池有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：

1、不含鈷、鎳等貴金屬，制備工藝簡(jiǎn)單，成本相對低廉

2、循環(huán)壽命較長(cháng)，部分高端產(chǎn)品可達到6000次以上的循環(huán)壽命

3、材料熱穩定性好，安全性能相對比較突出

4、國內產(chǎn)業(yè)鏈成熟，產(chǎn)能大，產(chǎn)品型號豐富

正是因為以上幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池在許多細分領(lǐng)域都獲得了廣泛的應用，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科技進(jìn)步。

在輕型電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)，隨著(zhù)鋰電化程度的不斷提高，磷酸鐵鋰電池的裝機量也不斷提升，但是磷酸鐵鋰電池的固有缺點(diǎn)，對磷酸鐵鋰電池市場(chǎng)份額的擴大有一定的負面影響。

兩輪、三輪以及低速四輪的輕型電動(dòng)車(chē)產(chǎn)品，并不追求高能量密度和大倍率的充放電性能，所以磷酸鐵鋰電池在能量密度以及充放電方倍率方面的缺點(diǎn)并不是制約因素，問(wèn)題主要集中在放電電壓曲線(xiàn)較為平直以及低溫充放電性能不佳這兩個(gè)方面。

二、平直的充放電電壓曲線(xiàn)

眾所周知，磷酸鐵鋰電池的充放電電壓曲線(xiàn)較為平直，為了減少充放電電流和內阻對電壓曲線(xiàn)的影響，我們以OCV（開(kāi)路電壓）曲線(xiàn)作為參考，來(lái)簡(jiǎn)單分析一下。

藍色曲線(xiàn)為鈷酸鋰，紅色曲線(xiàn)為磷酸鐵鋰，從圖中可以看出，鈷酸鋰的OCV曲線(xiàn)有一定的斜率，而磷酸鐵鋰的OCV曲線(xiàn)基本是平直的（不考慮末端跳水），在5%~90%這段SOC區間內，磷酸鐵鋰電池的開(kāi)路電壓（OCV）基本集中在3.2~3.3V之間。

這個(gè)問(wèn)題，對充電影響不大，充電基本都是盲充，到3.6~3.65V進(jìn)行保護，停止充電。但是對放電影響非常大，主要是影響SOC的估算精度。

在新能源汽車(chē)，儲能等領(lǐng)域使用磷酸鐵鋰電池，為了提高SOC計算精度，一般采用高性能的芯片，通過(guò)采集電流，進(jìn)行安時(shí)積分，用軟件程序來(lái)計算SOC，再通過(guò)充電末端保護來(lái)進(jìn)行SOC修正，以達到較高的精度。

但是這種方法很難大規模應用到輕型電動(dòng)車(chē)產(chǎn)品，主要原因是成本太高，一塊帶SOC計算功能的軟件BMS，成本至少要一百元以上，這對成本非常敏感的輕型電動(dòng)車(chē)而言，有些難以承受。

以4812/4815等產(chǎn)品為例，終端售價(jià)只有四五百元左右，無(wú)法承受高出來(lái)的幾十元，甚至上百元成本。

目前，主要在兩輪電動(dòng)車(chē)換電和高端電摩等對成本相對不太敏感的細分市場(chǎng)，采用軟件BMS，而在民用級產(chǎn)品里面，仍然采用硬件保護板的方案，根據電池電壓來(lái)判斷SOC（電量），導致誤差非常大，會(huì )突然跳變，用戶(hù)體驗很不好。

三、低溫充放電性能不佳

因為材料特性，磷酸鐵鋰的電子電導率和離子擴散速度都比較低，導致其充放電性能不佳，這個(gè)缺點(diǎn)在低溫下表現得更為明顯。

一些沒(méi)有經(jīng)過(guò)低溫設計優(yōu)化的磷酸鐵鋰電池，在零度以下很難充電，在-20℃以下很難有效放電。

即使一些經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單設計優(yōu)化的磷酸鐵鋰電池，低溫性能也不佳，一般在-10℃的環(huán)境溫度下，可逆的充放電容量只有常溫下的60%左右。

這個(gè)缺點(diǎn)，導致磷酸鐵鋰電池在冬季容易縮水，極度影響用戶(hù)體驗。在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，以北京等華北地區為例，使用磷酸鐵鋰電池的車(chē)型，冬季的續航里程只有夏季的一半，以至于電動(dòng)車(chē)得了一個(gè)“電動(dòng)爹”的外號。

到了東北、西北等地區，磷酸鐵鋰電池很難扛住冬天極低的氣溫，畢竟我們不能為輕型電動(dòng)車(chē)產(chǎn)品裝配高性能的熱管理系統，只能靠電池自身的體質(zhì)來(lái)承受極低氣溫的考驗。

近年來(lái)，針對磷酸鐵鋰電池低溫性能改善的研究取得了非常明顯的進(jìn)步，通過(guò)對正極材料的表面碳包覆和離子摻雜、增加碳納米管/石墨烯作為導電劑、電解液的鋰鹽材料優(yōu)化和添加耐低溫的添加劑，以及針對負極石墨材料的無(wú)定型碳包覆等，都能在一定程度上改善磷酸鐵鋰電池的低溫性能，可以保證磷酸鐵鋰電池在-30℃的溫度下，仍能有效的充放電，可逆容量能夠達到常溫下的80%。

但是，這些改進(jìn)在明顯改善低溫性能的同時(shí)，必然帶來(lái)成本的增加，這就像坐蹺蹺板，這一頭下來(lái)了，那一頭又起來(lái)了。

這是一個(gè)很難平衡的事情，成本是磷酸鐵鋰電池最大的競爭優(yōu)勢，如果喪失了成本優(yōu)勢，即使性能提升了，也是得不償失的。

四、總結

沒(méi)有完美的技術(shù)和產(chǎn)品，磷酸鐵鋰電池有其突出的優(yōu)點(diǎn)，較好的平衡了成本、壽命和安全性，但是平直的放電電壓曲線(xiàn)以及低溫性能不佳，又給它的規?；瘧脦?lái)了一定的困難。

但是筆者相信，通過(guò)眾多企業(yè)的努力，這些難題一定能夠得到有效的解決，讓磷酸鐵鋰電池在輕型電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)占據重要的地位。