磷酸铁锂电池的科普

随着移动电源产业的兴起，让数量庞大的厂商之间的竞争也越来越激烈，我们看到一些厂商使用“加铁的电芯”作为产品宣传卖点，那么到底什么是“加铁的电芯”呢？与目前市面上多数移动电源内部使用的电芯相比，在性能和安全能力的表现上又如何呢？

其实锂电池回收只是一个统称，如果按照其正极材料等进行细分的话，还会有钴酸锂、锰酸锂以及磷酸铁锂。本文阐述的磷酸铁锂，就是前文所说的“加铁的电芯”。

磷酸铁锂电池内部结构

磷酸铁锂电池内部结构可分为极板、隔板、电解液、外壳、安全阀、端子等，如上图。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极端子连接，右边是由碳(石墨)组成的电池负极，由铜箔与电池的负极端子连接，中间是隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，电池的上下端之间是电池的电解质，为锂离子运动提供运输介质。

LiFePO4电池在充电时，外界电流从负极流向正极，导致正极中的锂离子Li+从磷酸铁锂等过度金属氧化物的晶格中脱出，经过液态电解质这一桥梁，通过隔膜向负极迁移，并嵌入碳素材料负极的层状结构中。正极材料的体积因锂离子的移出而发生变化，但本身的骨架结构维持不变。

LiFePO4电池在放电时，负极中的锂离子Li+从碳素材料层间脱出，经过液态电解质这一桥梁，通过隔膜向正极迁移，并嵌入正极材料的晶格中，相应地电流从正极经外界负载流向负极。

磷酸铁锂电池工作原理

什么是磷酸铁锂电池

锂离子电池内部主要由正极、负极电解质和隔膜组成，锂离子电池的正、负极及电解质根据所使用材料的不同，会使电池有着不同的性能表现以及不同的名称。目前市面上比较常见的锂电池分为钴酸锂（LiCoO2）和锰酸锂（LiMn2O4），以及磷酸铁锂（LiFePO4）。

作为锂电池的一种，磷酸铁锂主要应用于动力系统、高速公路、数据中心、调度指挥中心、中小企业机房等，比如电动汽车、军事航天、轨道交通、电动工具、锂电UPS以及高速路ETC等，由于具有出色的结构稳定性、安全性能以及较长的使用寿命，所以适合在多系统领域中使用。相比使用其他正极材料的锂离子电池来说，磷酸铁锂电池至少具备七大优点。

七大优势安全长寿

磷酸铁锂电池主要技术要点如下：标称电压3.2V，一般充电电流为0.2~0.5C，最大充电电流为1~1.5C，充电电压在3.65V以下时性能稳定;一般放电电流为0.5~1C，最大放电电流为5~10C，放电终止电压为2.0V;充电工作温度范围为0~55℃，放电工作温度范围为-20~60℃。

相比目前市面上较为常见的钴酸锂和锰酸锂电池来说，磷酸铁锂电池至少具有以下七大优点：输出电压高、安全性更高、使用寿命更长、原材料成本低、支持快速充电、工作温度范围广、环保。

输出电压高

磷酸铁锂电池工作电压范围：2.5～3.6V，平台约3.2V，输出电压高。

更高的安全性

磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，表现在磷酸根化学键的结合力比传统的过度金属氧化物结构化学键强，所以结构更加稳定，并且不易释放氧气。

更长的使用寿命

目前市面上多数移动电源内部所使用的锂离子电芯，循环使用寿命基本在500次-800次左右，而磷酸铁锂电池则有着至少2000次以上的使用寿命，并且其容量还能维持在80%以上。所以如果移动电源内部储电单元为磷酸铁锂的产品，有着绝对的正常使用寿命优势。

原材料成本低

磷酸铁锂正极材料

磷酸铁锂电池正极材料中不含贵重金属和稀有金属，广泛的材料来源也让其材料成本更低，在价格上更有优势。

支持快速充电

磷酸铁锂放电曲线

在充电速度上，磷酸铁锂同样有着更大的优势，支持快充的特性让其可支持至少2C的充电速度（C为充电参数，比如容量为1000mAh的电芯，2C电流即为1000mA×2=2000mA）。能够大幅度缩短充电时间，目前市面上多数移动电源在使用5V标准充电电压下，充电电流通常为0.2C。

工作温度范围广

各温度下放电曲线

相比其他锂电池来说，磷酸铁锂电池有着更大的工作温度范围，在-20°C至+75°C下均可正常工作，一些具有耐高温特性的磷酸铁锂电池还可以在350°C至500°C范围内正常工作，相比锰酸锂和钴酸锂的200°C极限值有着更多的优势。

环保

磷酸铁锂电池采用磷酸源、锂源、铁源为材料，整个生产过程清洁无毒。所有原料都无毒。

所以，磷酸铁锂最为明显的优势就是极高的安全系数、支持快速充电（大电流充电）和更宽广的工作温度范围。可以让消费者不必再为锂电池的安全问题而担心的同时，也能够在更加恶劣的环境中正常使用。

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