磷酸鐵鋰的前景如何?

磷酸鐵鋰電池（是指以磷酸（亞）鐵鋰電池為正極材料的一類鋰離子電池，下同）以其長壽命、相對高的安全性、材料來源廣泛等突出特點，為業界關注，以往從事小型動力用鉛酸電池的廠家也紛紛進入這一行業。但兩年下來，好多廠家步履艱難。主要原因是市場不成熟、產品不成熟（這和產品實際運行壽命、可靠性、安全性等不能滿足市場需求，價格偏高等因素相關）。突然爆發的經濟危機更加深了這些廠家的困境。我們不禁要問，磷酸鐵鋰電池是否真正具有替代性的優勢？這種優勢是否真正屬于用戶需要的？優勢能夠維持多久？

磷酸鐵鋰的安全性令人期待。但是把磷酸鐵鋰放入傳統的鋰離子電池的工作體系內，其安全性讓人擔心。首先我們擔心的是負極，在富鋰的情況下，采用碳材料的負極是不穩定的。盡管正極一般情況下不會析氧催化這種放熱的反應，但是在極端情況下，仍會有外界的氧、水等可能進入電池加速放熱反應，當這種反應不能遏制時，爆炸是不可避免的。當然，有人在研究更穩定的負極材料，但是往往是以犧牲比能量為代價的。

再說磷酸鐵鋰的壽命。我感受到磷酸鐵鋰正極的長壽命，經歷1200次1C充放循環的磷酸鐵鋰電池的正極無任何變化，由于負極鋰枝晶的大量聚集導致了電池的失效。我只能把這個失效原因歸結于電解液體系與負極體系的匹配性問題。做了很多種電池，包括鉛酸、鎘鎳、燃料電池、超級電容器等，能夠在這么多次循環后保持穩定的電極材料我還是前所未見的。因此我認為，當克服了磷酸鐵鋰電池的其他弱點后，趨于理性的市場最終會選擇壽命長久的電源品種的。

磷酸鐵鋰電池的低溫性能是令人擔心的。盡管人們通過各種方法（例如鋰位、鐵位、甚至磷酸位的摻雜改善離子和電子導電性能，通過改善一次或二次顆粒的粒徑及形貌控制有效反應面積、通過加入額外的導電劑增加電子導電性等）改善磷酸鐵鋰的低溫性能，但是磷酸鐵鋰材料的固有特點，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯（注意是單只而非電池組，對于電池組而言，實測的低溫性能可能會略高，這與散熱條件有關）而言，其0℃時的容量保持率約60～70％，－10℃時為40～55％，－20℃時為20～40％。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求的。當前一些廠家通過改進電解液體系、改進正極配方、改進材料性能和改善電芯結構設計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升，但還未真正滿足需求。

針對普通的動力型應用，對大電流性能要求并不太高。一般5C放電足夠應付大多數動力電源的需求了。這一方面，磷酸鐵鋰電池的性能還能夠滿足要求。但需要說明的是，上述的5C放電應該是瞬間的。我認為磷酸鐵鋰電池最適合的充放電倍率是0.2C~1C，在這一充放電方式下工作，磷酸鐵鋰電池可以獲得較高的循環壽命。

磷酸鐵鋰電池的另一突出優勢是其優異的耐過充性能，由于其工作電壓低、氧析出溫度高，決定其耐過充性能好。我們的產品曾經在一個用戶處過充了24小時以上（用戶誤操作將極性接反），電池僅是鼓脹發熱，并未爆炸。這次事故除了讓我們反省自己的保護電路應付極端情況的保護措施應該完善外，更讓我們對磷酸鐵鋰電池的耐過充性能有了深刻的認識。

最后說一下一致性的問題，對于多串多并的鋰離子電池組而言，其配組后的一致性十分重要。我們可以設想幾種情況會使電池組在使用過程中的一致性變差：

1．

電芯自身的差異性。這種差異性有些是可以在出廠前的檢測過程中發現，有些是需要多個循環后方可以表現出來。有些差異性表現為個別的異常，有些表現為散差較大。個別的異常我們可以剔除，但由于過程能力所限，當散差不能夠控制，考慮到成品率，不得不放寬配組條件，此時，配組后的一致性會變差。在配組需考慮的諸多因素中，我們必須選擇其中的幾個關鍵因素作為主要條件，適當放寬其他條件，使配組成為可能。在這些關鍵因素中，我們不得不選擇放電容量（建議放電倍率接近用戶使用的倍率）、恒流段充電容量、自放電率、恢復電壓等、內阻（這方面歡迎大家討論）等，但其他的因素是否更重要呢？我們在探索中。在探索的過程中，我們需要不斷的模擬用戶的使用狀態，同時不斷加深對我們電芯特性的認知。

2．

使用條件的影響。這種影響在放電、充電、擱置三個階段中存在。首先說放電：

a)

放電：當前多數的保護線路都是控制放電的終止電壓，也就是有任何一個單體（這種說法可能不會涵蓋所有的串并聯方式和控制方式）電壓達到規定的放電終止電壓時，關斷放電回路對應的mosfet管。我們知道，電動車或電動汽車的控制電路也設置了低壓保護點，這個低壓保護是控制整組的放電電壓的。電池組自身的單格保護功能是為了應付極端情況的，因此我們希望電動車的控制器的終止電壓（欠壓值）應高于n×終止電壓，這樣可以確保多數情況電池組內任何一個單格都未放電到終止電壓。這樣對落后單格在其后的循環中的惡化會有所改善。另外，由于電池組內部溫度的不均衡性，也會導致異常落后的單格出現，再考慮到檢測的精度、線路壓降等因素，放電不一致的情況是很容易發生的。

b)

充電：理想的充電方式是單格恒壓恒流充電，但是這種方式因為成本所限，對于組堆的電池組而言，是不可能實施的。當個別電芯電壓提前時，往往會達到保護電路的充電保護電壓而終止了充電。從而使電池組的充電僅有恒流段。顯然這是無法充足電的。盡管人們采取了多種所謂“均衡”的方式試圖克服上述缺點，希望能夠通過若干次的均衡將電芯的不一致性拉平，但是效果往往不佳。主要是因為成本、空間、散熱條件等因素所限，均衡電流一般在0.0001C以下，這種均衡對于恒流充電電流而言，九牛一毛，無法起到均衡拉低電壓作用。而擱置過程中的均衡往往容易出現程序上的邏輯錯誤或誤判，導致不期望的結果。因此，充電方式的改進是解決充電不一致的重要手段。

c)

擱置：保護線路的自耗電、電芯的自放電、單格自耗電及自放電的不一致性，是導致擱置過程中的離散性加劇的重要原因。建議仔細的分析保護線路的靜態功耗特性，尤其注意其單格自耗電的差異性，再考慮電芯從終止電壓繼續放電到0V能夠放出多少容量，電芯自放電率等，很容易得出您的電池組長時間存儲后的結果。由于運輸、銷售過程中的周轉期，我們必須假設電池組被擱置6個月以上。盡管說明書上要求3個月補充電一次，但是用戶或代理商真正能這樣做嗎？如果我們打定注意要和用戶打官司的話，可以這樣做的。

以上論斷歡迎置疑。更希望各位同行能夠借此平臺討論一下磷酸鐵鋰電池的未來發展空間，存在的問題和解決方向。在經濟危機的大環境中，對于磷酸鐵鋰電池這個項目，我們是應該放棄？緊縮？還是擴大？值得討論

磷酸鐵鋰電池可以替代什么？電動自行車？電動汽車？太陽能儲能電源？UpS電源？

1．電動自行車是化學電源在動力型應用的最成熟載體。傳統的閥控密封式鉛酸蓄電池因其廉價的特點占據其市場。磷酸鐵鋰電池或錳酸鋰電池是否在這個領域具備替代性的優勢？我認為，價格是鋰離子電池進入這一領域的最大障礙。電動自行車屬低端市場，價格敏感度高。盡管我們在宣傳鋰離子電池的輕便、美觀、長壽等優勢，但是對于一般消費者而言，一次性的高投入的風險還是很大的。正面的信息是，中國是第一大自行車消費國，保守的估計，2008年的電動自行車保有量達8000萬輛。2009年仍然有1500萬輛以上的市場容量。在這個巨大的消費群體中，一定存在著對鋰離子電池有需求的用戶。即便是1％的替代率，鋰離子電池在這方面仍然有足夠的市場空間。但是令人擔心的是即便磷酸鐵鋰電池，其可靠性仍然不能滿足要求。是否能夠使用3年以上，還需市場的檢驗。我想通過技術進步、產品質量提升，再加上實現批量化后的成本降低，趨于理性的市場最終會接受性價比較高的磷酸鐵鋰電池的。磷酸鐵鋰電池在這方面，初期遭遇的是鉛酸電池，畢竟當前用戶手上的8000萬輛電動自行車上的鉛酸電池無法讓鋰離子電池取代；后期是否會有其他的替代能源，或者干脆電動自行車的市場萎縮了，就很難推測。這關系著電動自行車用鋰離子電池的市場生命周期。如果投入開發和建設的成本不能夠在賺錢的年份里收回，就虧大了。

2．電動汽車？無論是什么樣的理由，國家發展電動汽車的理由都是充分的。問題是，發展EV、HEV、pHEV等，都需要類似加電站、換電站等這樣龐大的基礎設施的配合。如果這條路走開來，將是能源產業化的一次革命，如果所有的建設在50年內完成，將使GDp五年翻一番。這是個龐大的工程，在開展這個工程之前，論證也要搞個10年吧。想在這方面做大的老板，歇會兒吧。當然，想從國家騙錢的那類老板除外（說到底，也不是騙錢，這叫周瑜打黃蓋）。

3．太陽能、風能的儲能電源？這幾年太陽能這個火啊，造就了多少個億萬富翁。我們不能不感受**的政策導向影響之深。鋰電算貴了，比起太陽能那算便宜的了。鋰電的電動自行車大家消費不起，太陽能就更屬于高端的高端了。這東西類似于貴婦人的護膚霜，只要臉好看，多貴都要買。問題是買了發現不好用，擺在冰箱里面也會發臭的。送朋友吧，我看非洲沙漠多，風也大，最需要這個。買不起就送嘛。

4．UpS電源？我看戲不大。閥控密封鉛酸電池足夠用10年以上的壽命了。您說我的鋰電可以用20年？兄弟，10年前UpS就生銹了！扔UpS的時候小心別忘了把電池摘下來。這東西保值，摳出來都是鋰啊！最差也可以當個古董賣：“BYBUCK牌的啊，標識清楚，屬于真品。BYBUCK的產品存世量不多，您的能存這么多年不爆炸也算難得，品相不錯啊？基本上也沒什么變型。”“咳，甭提了，當初差點沒當廢品給扔了，后來墊桌子腿磨了這么一個印，您看它能值多少錢？”“這不好說，現在研究化學發展史挺熱門，您這個東西可以作為歷史的一個見證，具有一定的史料價值。上次在日本拍賣的比您這個小點，約合1000000000新人民幣吧！”

玩笑歸玩笑，綜上所述，磷酸鐵鋰電池的應用領域還待開發，其性能還待優化和發揮。成功或失敗，均屬正常。

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