磷酸鐵鋰（LFP）

磷酸鐵鋰在大型鋰離子電池方面有著良好的商業(yè)化應(yīng)用前景，但是在高技術(shù)領(lǐng)域由于性能欠缺而缺乏競爭力。其理論容量為170mAh/g，在沒有摻雜改性時其實(shí)際容量已高達(dá)110mAh/g。通過對LiFePO4進(jìn)行表面修飾，其實(shí)際容量可高達(dá)165mAh/g，已經(jīng)非常接近理論容量。工作電壓范圍為3.4V左右。

主要優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定性、安全性能好、環(huán)保性能較好、價格低廉。

主要缺點(diǎn)：（1）本征電子電導(dǎo)率非常低，LFP材料Li+的活化能只有約0.3～0.5eV，導(dǎo)致其Li+擴(kuò)散系數(shù)只有約10-10～10-15cm2/s。極低的電子電導(dǎo)和離子擴(kuò)散系數(shù)是LFP倍率性能不佳的主要原因。（2）LFP的振實(shí)密度較低，一般只能達(dá)到0.8-1.3g/cm3，材料納米化后，振實(shí)/壓實(shí)密度更低，低壓實(shí)密度必然會降低動力電池的能量密度。（3）工業(yè)化生產(chǎn)中二價鐵離子容易氧化或過度還原，惡化LFP的電化學(xué)性能。

發(fā)展趨勢：（1）運(yùn)用納米合成技術(shù)，減小Li+擴(kuò)散距離以改善其倍率性能；（2）制造碳包覆的LFP復(fù)合物，提高其電子電導(dǎo)；（3）采用顆粒球形化技術(shù)提高材料振實(shí)密度，從而提高LFP電池的能量密度；（4）摻雜其它金屬陽離子增強(qiáng)其電子電導(dǎo)和離子擴(kuò)散系數(shù)。

三元材料（NCM/NCA）

NCA作為正極的電池容量較高，相應(yīng)的穩(wěn)定性較差，應(yīng)用于特斯拉ModelS；NCM單體電芯能量密度相對于LFP和LMO電池有較大提升，將成為未來電動汽車的主流選擇。NCA材料容量在200mAh/g左右，NCM材料容量為160mAh/g左右，工作電壓平均為3.8V。

技術(shù)原理：綜合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三種材料的優(yōu)點(diǎn)，由于Ni、Co和Mn之間存在明顯的協(xié)同效應(yīng)，因此NMC的性能好于單一組分層狀正極材料。

主要優(yōu)點(diǎn)：三元材料在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面有優(yōu)勢。

主要缺點(diǎn)：（1）由于混排效應(yīng)造成NMC首次充放電效率不高；（2）安全性問題比較突出，高溫存儲和循環(huán)性還有待提高；（3）鋰離子擴(kuò)散系數(shù)和電子電導(dǎo)率低，使得材料的倍率性能不是很理想；（4）三元材料的壓實(shí)被其顆粒結(jié)構(gòu)所限制，導(dǎo)致難以對電芯能量密度進(jìn)行進(jìn)一步的提升。

發(fā)展趨勢：（1）為了提高熱穩(wěn)定性、循環(huán)性能或倍率性能等，通常對三元材料進(jìn)行摻雜改性研究；（2）進(jìn)行表面包覆，無機(jī)物表面包覆可以優(yōu)化材料的循環(huán)性能；（3）優(yōu)化生產(chǎn)工藝（降低表面殘堿含量、改善晶體結(jié)構(gòu)完整性、減少材料中細(xì)粉的含量等）以提高產(chǎn)品品質(zhì)。

磷酸鐵鋰材料與三元材料性能對比

三元材料在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面有優(yōu)勢，安全性和循環(huán)性能方面則是磷酸鐵鋰優(yōu)勢明顯。

充電性能：磷酸鐵鋰在30%～80%SOC是電壓變化較小，因此恒流充電容量/總?cè)萘勘壤c三元材料電池差距越明顯。

放電性能：相同體積電池，正極使用三元材料比使用磷酸鐵鋰材料放電容量高約20%，比能量高約37%，放電比功率高約40%。由于三元材料質(zhì)量比容量、壓實(shí)密度均高于磷酸鐵鋰材料，所以使用三元材料電池放電有較大優(yōu)勢。

循環(huán)性能：目前三元材料實(shí)驗(yàn)室循環(huán)壽命在2500次左右，磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命在3500次以上，部分達(dá)到5000次以上。

總結(jié)：在選用電池時可根據(jù)不同用途選擇，如大巴車空間較大，對電池比能量和比功率要求相對較低，可選擇磷酸鐵鋰材料電池，發(fā)揮其循環(huán)性能好的特性，轎車空間有限，電池用量小，則選用高比能量與高比功率三元材料電池更為合適。