快充——磷酸铁锂离子电池的新突破点

不同的电池材料体系，有着不同的优缺点，新的电池材料体系迭出，大有青出于蓝而胜于蓝的趋势，尤其是三元材料在电动大巴上解禁之后，该体系有着越来越高的呼声。磷酸铁锂材料体系作为当前电池材料体系的中坚力量，在其能量密度越来越接近上限的时候，是否还有其他的杀手锏以确保其自立于市场?磷酸铁锂离子电池材料的前景颇受关注。

磷酸铁锂的危与机

锂离子电池的正极材料重要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。从工作原理上讲，磷酸铁锂也是锂离子的嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂、锰酸锂等相同。磷酸铁锂经常被拿来与三元锂离子电池做比较，二者经常成为业内争议的焦点。

这两种材料都会在一定温度下发生分解，三元材料在200摄氏度左右即发生分解，而磷酸铁锂材料在800摄氏度左右分解，这意味着，三元材料更易成为火灾事故帮凶，三元电池要实现和磷酸铁锂同样程度的安全水平，对技术和工艺的要求更高。

然而，磷酸铁锂的能量密度低于三元电池。磷酸铁锂离子电池单体能量密度约120Wh/kg，成组后能量密度约80Wh/kg。相比之下，三元电池能量密度较高，三元锂离子电池单体能量密度约180Wh/kg，成组后约110Wh/kg。因此，业内频传磷酸铁锂离子电池能量密度提升空间有限，未来或被其他电池体系取代。

在知识产权日益被重视的当下，磷酸铁锂于此不及三元，这对磷酸铁锂离子电池的发展有所掣肘。最早有关磷酸铁锂的专利申请在1993年六月二十五日由FXMITTERMAIER&SOEHNEOHG(DE)获得，并于同年八月十九日公布申请结果。磷酸铁锂的基础专利被美国德州大学所有，而碳包覆专利被加拿大人所申请。这两个基础性专利很难绕过去，产品专利方面的费用推高了磷酸铁锂离子电池产品的成本。而业内机构2017年对车用镍钴锰三元锂离子电池行业全球专利的统计显示，无论是其他国家的专利布局还是我国境内的技术创新保护意识，锰钴镍三元锂离子电池的技术研发都是当前的技术热点，我国镍钴锰三元锂离子电池专利申请量在世界上遥遥领先。因此，在专利方面，磷酸铁锂的优势不及三元电池。

在能量密度方面，磷酸铁锂的天花板略低，可发挥空间不大，但在用户所关心的充电速度方面打开了一扇窗。快充作为新能源汽车发展必须攻克的技术路径，其关于缓解续航里程焦虑、减少充电时间等有着明显的用途，因此，快充成为车企和电池公司的发力方向，也成为磷酸铁锂离子电池未来应用的一个亮点。

此外，在2016年十二月底公布的新能源汽车补贴调整方法中，3C-5C、5C-15C、15C+三个档次的快充倍率，可分别获得0.8倍、1倍、1.4倍补贴，在该政策激励下，走磷酸铁锂技术路线的公司加大了在快充方面的研发力度，快充使磷酸铁锂离子电池获得了的新突破点。

快充磷酸铁锂离子电池的新突破点

快充技术的核心就是在不影响电芯寿命和安全性的前提下，通过化学体系的设计，加速锂离子在正负极移动的速度，很多快充技术都是围绕这一点进行优化。对磷酸铁锂离子电池快充的研发，宁德时代和沃特玛具有代表性。

宁德时代的磷酸铁锂快充技术比较成熟，正极方面，宁德时代开发了超电子网技术，在确保快充电池系统的安全性和可靠性的基础上，使磷酸铁锂的电子具有优异的导电性能，可达三元材料的1000倍。负极方面，宁德时代采用快离子环技术，在石墨表面打造一圈高速公路，加快了锂离子在石墨层的嵌入，充电倍率可达4C~5C，并能保证系统级别70Wh/kg以上的能量密度，实现10000次的循环寿命。此外，为了让快充适应不同的工作环境，宁德时代还专门开发了热管理系统，确保在低温和高温的环境里实现快充。

宁德时代总裁黄世霖表示，宁德时代将开发更成熟的电池快充技术，配合充电需求布设专业化集中充电站，满足市场对远距离行驶和短时间充电的需求。据了解，宁德时代将逐步提升电池能量密度，提高电动汽车的续航里程，2017年年底前推出新技术，争取生产出充电10分钟、续航300公里的电池产品。

通过对沃特玛的调研和相关资料的查阅，电池我国网了解到，沃特玛是磷酸铁锂材料体系的坚定拥护者，它在磷酸铁锂快充方面一直在发力。正极方面，沃特玛使用粒径更小的磷酸铁锂材料，目前市场上普遍的磷酸铁锂粒径在300~600nm之间，而沃特玛只用100~300nm的磷酸铁锂材料，从而使锂离子拥有更快的迁移速度，可实现更大倍率的电流进行充放电。在负极端，沃特玛同样采用粒径更小的人造石墨进行碳包覆小粒径有利于锂离子的脱离和嵌入;碳包覆能对电池的循环寿命进行优化改善，微孔的碳结构有利于电解液的吸附，从而起到改善循环寿命的用途。

在安全防护措施方面，沃特玛电池采用圆柱结构，并在常规安全装置外设有通气管装置和拉断开启装置。通气管装置能保证内部气压的平衡，可防止电芯内局部气压过高导致电池爆炸的风险;而拉断开启装置在电池过充、过流、过热的情况下，会产气断开电路，终止电池内部的电化学反应，防止爆炸的发生。

磷酸铁锂离子电池近年来一直在电池体系中担纲主角，尽管理论能量密度上升空间有限，多传终将被其他电池材料取代，但磷酸铁锂找到了新的突破点，在快充方面向其他电池材料体系发起了挑战。可以预见，未来，凭快充一招鲜，磷酸铁锂就可以走得更远。