比亚迪首席科学家：磷酸铁锂电池 20 年内不会被淘汰

10 月 8, 2024

"磷酸铁锂LFP) 电池比亚迪首席科学家廉玉波说。比亚迪首席科学家廉玉波说。电池已经濒临商业化。这样做有意义吗？还是磷酸铁锂的技术路线最终会被淘汰？

在本视频中，我们将深入探讨这一话题。首先，我们必须知道，在中国市场上、 LFP 是目前的主导者，其安装量已连续三年超过三元锂。据权威统计，2024 年 1 月至 7 月，三元锂在电动汽车领域的安装量为 30%，而 LFP 70%。这表明，与三元锂相比，全氟锂电池在安全性、循环寿命和采购成本方面具有突出优势，是目前动力电池的主流选择。

LFP 占据主导地位的原因主要在于其晶体组成和结构。LFP 的化学结构属于橄榄石结构，磷酸基团形成的强三维化学键使其具有出色的热力学和动力学稳定性。自 1997 年首次报道以来，LFP 作为正极材料的结构一直保持稳定，这是其商业化的基本前提。这确保了电池在运行过程中不会因为锂离子插层和去插层而轻易发生结构崩溃。此外，磷和铁元素的丰富性和低成本也为锂离子电池带来了强大的成本优势。

其最著名的优点是安全性高。对两种电池在加热条件下热失控行为的研究表明，全氟锂电池只释放大量烟雾而不燃烧，最高温度超过 500 摄氏度。相比之下，三元锂不仅会释放烟雾，还会剧烈燃烧，最高温度可达 1000 摄氏度以上。从热量角度来看，全氟锂电池释放的热量为 0.162 兆焦耳，速率为 1.81 千瓦；而三元锂电池释放的热量为 3.147 兆焦耳，速率为 134.85 千瓦。这些数据表明，在热失控条件下，两种电池的性能存在明显差异。

特别是从速率的角度来看，三元锂的危险性非常高。这意味着在发生热失控时，锂全氟化碳可提供更充足的逃生和处理时间，而三元锂则会在瞬间失去控制。因此，锂全氟化碳的安装量遥遥领先，因为其更好的固有安全性可以降低系统级热管理的难度和成本。

对于许多中低端机型来说，锂电池是最佳选择。然而，对于许多中高端机型而言，为了提供更好的续航能力，三元锂电池是目前不可避免的选择。从能量密度的角度来看，LFP 在质量密度和体积密度方面都不如三元锂。就质量而言，全氟锂电池主要在每公斤 140 到 180 瓦时左右，而三元锂电池主要在每公斤 200 到 260 瓦时左右。

从容积角度来看，锂离子电池约为每升 300 至 400 瓦时，而三元锂电池约为每升 500 至 700 瓦时。当然，一些高端产品已经突破了参考范围，但总体而言，两者在能量上的差距非常明显，尤其是体积能量密度上的差异。质量上的差距不是特别大，CTP、CTC 和 CTB 等主流技术可以在电池组或车辆层面进行补偿，但由于电池仓空间有限，体积上的差距就比较大了。

由于 LFP 在质量和体积上不占优势，一些用于长续航体验的高端机型通常不会选择 LFP。这里的关键问题是，全氟锂电池能否赶上三元锂电池，达到目前三元锂电池的水平。如果从单个电芯来看，它应该跟不上三元锂的步伐，但一定可以达到目前三元锂的水平。

对于这类锂电池，通常有三种途径可以提高能量密度，尤其是体积能量密度：工作电压、堆积密度和特定质量容量。下面我们来逐一说明。工作电压涉及锂离子电池的反应机制，它与三元锂电池的显著不同之处在于，锂离子电池的正极在充放电过程中主要有两个稳定相：Fe2+ 相和 Fe3+ 相。这意味着充放电过程本质上是一个两相迁移过程，即一相变为另一相。因此，LFP 的稳定电压平台约为 3.4V，并可长期保持。

另一方面，三元锂在充电和放电过程中会发生单相转变，锂离子会不断发生插层和去插层，而没有明确的相界面。这导致三元锂的电压曲线更陡峭，没有明确的电压平台，随着锂离子浓度的变化而变化。这就是为什么三元锂电池电量的测定更为精确，而锂离子电池则需要定期校准，因为电池电量是通过检测电压水平来确定的。

LFP 的工作电压实际上是由 3.4 伏的铁离子氧化还原反应提供的。磷元素和氧元素只在结构稳定性和通道传输方面发挥作用。由于反应机制的原因，LFP 的电压平台很难提高，因为它是由晶体结构决定的，改变的余地很小。因此，提高工作电压是一条艰难的道路。

另一条途径是提高堆积密度，使 LFP 的阴极材料更加紧凑。LFP 的理论密度为每立方厘米 3.6 克，而目前商用 LFP 的堆积密度约为每立方厘米 2.4 至 2.5 克。这表明还有很大的改进空间。就包装密度而言，该行业的改进主要来自三个方面：改进原材料和工艺路线、改进烧结工艺和粒度分布。

提高能量密度的最后一个方向是质量比容量，即单位质量正极材料可存储或释放的电荷量。根据锂离子正极材料的化学式，一摩尔锂离子正极材料只能插层一摩尔的锂离子，这相当于理论上每克锂离子正极材料的质量比容量为 170 毫安小时。而实际上，商用锂全氟化碳电池的容量仅为 130 左右，在高倍率使用情况下还可能更低。这一容量问题严重限制了锂离子电池的能量密度。

电化学机制的基础是阴极材料的动力学性能，即电子和锂离子的导电性。如果电导率很低，阴极材料就不能被充分利用，这意味着其利用效率很低。关键是要提高动力学性能，尽可能接近理论值。值得注意的是，锂离子正极材料是一种半导体，其电子导电性本身并不具有优势。锂离子传输通道也是一种扩散系数较低的间隙通道。

因此，尽管其结构稳定性极佳，但导电性却是一个重大缺陷。从工业角度来看，提高电子导电性主要通过纳米结晶、碳涂层和掺杂来实现。目前，大多数商用全氟锂电池都含有纳米级全氟锂颗粒，并带有碳涂层，形成导电网络以提高导电性。然而，碳涂层的密度较低，因此这一措施与堆积密度相互排斥，需要全面改进碳源配方和工艺。

至于锂离子扩散率的问题，由于在充电和放电过程中，锂离子的扩散和电子的传导是耦合的，因此使用的是相同的方法。例如，在放电过程中，锂离子来自阳极，电子也同时通过外电路进入。因此，提高锂离子的扩散率还可以通过纳米结晶、碳涂层和掺杂来实现。根据专业论文，锰是一种很有前景的掺杂元素。事实上，磷酸锰铁锂本身就是一种正极材料，锰离子氧化带来的电压平台高达 4.1 伏，可以在不大幅增加成本的情况下显著提高能量密度。

然而，由于磷酸锰铁锂的电子导电率更低，现有的改性工艺无法抵消这一缺点，因此目前市场上几乎没有这种正极材料。由于锰离子的化学性质与铁离子相似，因此它们可以以任何比例均匀地存在于晶体结构中，从而实现掺杂改进。此外，由于锰离子的半径稍大，用锰离子部分取代铁离子可以扩大晶体，增强锂离子的扩散效果。

据悉，国内厂商已经开始磷酸锰铁锂材料的研发。除此之外，整个磷酸铁锂正极材料的合成工艺也在不断优化。通过尽可能地控制内部缺陷、颗粒大小和传输路径，可以在一定程度上进一步提高能量密度。

可以肯定的是，LFP 的技术发展仍在继续，其能量密度在未来也将继续提高。考虑到 LFP 还具有出色的热稳定性、较长的循环寿命和相对低廉的原材料成本，其未来前景相当广阔

森柏威 LFP 磷酸铁锂电池:为工业车辆提供精确、高性能的动力

在工业车辆动力解决方案领域、森柏威 LFP 磷酸铁锂（LFP）电池集高性能、安全性和可靠性于一身，在市场上占有一席之地。这些电池专为满足工业应用的严格要求而设计，在这些应用中，性能和耐用性至关重要。

在工业车辆中的应用

斯派威 LFP 电池广泛应用于各种工业车辆。它们是叉车、高尔夫球车、高空作业平台等的心脏，为这些车辆提供高效执行功能所需的稳定动力。

产品和品牌优势

斯派德威 LFP 电池的优势是多方面的：

高性能:这些电池可提供出色的动力和效率，确保工业车辆能够不折不扣地发挥最佳性能。
快速充电:这些电池可快速充电，最大限度地减少停机时间，从而使机器运行时间更长，最大限度地提高生产率。
安全与稳定:配备先进的电池管理系统（BMS）的斯派德威电池可确保整个充电过程的安全运行，降低事故风险。
长寿:这些电池具有超长的使用寿命，并提供 10 年保修，具有长期的价值和可靠性。
环保:斯必得 LFP 电池由无毒、非重金属材料制成，符合全球对可持续发展的日益重视。

自动化生产线和规模经济

斯派威建立了最先进的自动化生产线，实现了精密制造和高效产出。这不仅确保了所有产品的高质量标准，还利用规模经济提供了具有竞争力的价格。公司的年产量超过 10,000 块锂电池，能够有效满足市场日益增长的需求。

价格竞争力

通过掌握生产工艺和维持稳健的供应链，斯必得威能以极具竞争力的价格提供高品质的全氟锂电池。这种价格竞争力得益于公司对成本管理规范化的承诺，在确保质量不打折扣的同时，客户也能享受到生产成本优化带来的好处。

特级 LFP 电池来自顶级供应商的电池片

为彰显其对质量的承诺，斯必得伟公司专门从四家顶级供应商处采购 LFP 电池电芯：比亚迪、CATL、EVE Energy 和 LISEHN。这些供应商以生产 A 级 LFP 电池而闻名，其电池性能和可靠性均经过严格审核。这确保了SPIDERWAY电池能够满足各种工业应用的严格要求，为苛刻的工况要求提供了有力保障。

斯派特LFP电池是公司致力于创新、质量和客户满意度的有力证明。随着全球向更可持续、更高效的能源解决方案迈进，斯必得威站在最前沿，为工业车辆提供所需的动力，使其发挥最佳性能。