磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池對比
三元材料與磷酸鐵鋰材料制作電池，都有哪些區(qū)別呢？它們分別都有哪些優(yōu)劣勢呢？帶著這些問題，我們一起從以下幾方面分析一下：充電、放電、循環(huán)測試，還有低溫等測試。
1 實驗
1.1 實驗材料選擇
正極材料磷酸鐵鋰和鎳鈷錳配比為1∶1∶1 的三元材料，負極選用MCMB，電解液選用EC、PC、EMC 和DEC 組成的混合溶劑，電解質(zhì)為LiPF6 作為鋰鹽，隔膜選用單層PP25 μm。
1.2 多孔膜電極與復(fù)合薄膜電極的制備
采用方形鋁殼LP2770102 電池的殼、蓋及內(nèi)部相同的多極耳卷繞結(jié)構(gòu)，按照電池制作工藝分別制作正極材料為磷酸鐵鋰和三元材料的兩種電池。得到磷酸鐵鋰電池平均容量、內(nèi)阻、質(zhì)量分別為7.2 Ah、1.06 mΩ、361 g；三元材料平均電池8.6 Ah、1.12 mΩ、360 g。
1.3 分析與測試
測試條件為：三元材料電池充放電電壓控制范圍為2.5~4.2 V，1 C =7.5 A，磷酸鐵鋰材料電池充放電電壓控制范圍為2.0～3.65 V，1 C =6.5 Ah，無特殊說明測試溫度為(25±2)℃。
2 結(jié)果與討論
2.1 放電性能測試
從圖1 與表1 可得出，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19.4%，比能量高37.5%，放電比功率高39.7%。由于三元材料質(zhì)量比容量、壓實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。
（a）三元材料電池放電曲線
(b)磷酸鐵鋰電池放電曲線
圖1 倍率放電曲線
表1 電池放電數(shù)據(jù)
2.2 充電性能比較
從圖2 和表2 可見，三元材料電池與磷酸鐵鋰材料電池在不大于10 C 充電時，恒流充電容量/ 總?cè)萘勘壤裏o明顯差距，10 C 以上倍率充電時，磷酸鐵鋰電池恒流充電容量/ 總?cè)萘勘壤^小，充電倍率越大，恒流充電容量/ 總?cè)萘勘壤c三元材料電池差距越明顯，這主要與磷酸鐵鋰在30%～80%SOC 是電壓變化較小有關(guān)，如負極使用軟碳或硬碳，磷酸鐵鋰電池大倍率充電性能夠達到三元電池的水平。
（a）三元材料電池充電曲線
（b）磷酸鐵鋰電池充電曲線
圖2 倍率充電曲線
表2 電池的充電數(shù)據(jù)
2.3 循環(huán)性能比較
圖3 中三元材料電池循環(huán)3 900 次剩余容量66%，磷酸鐵鋰電池循環(huán)5 000 次剩余容量84%，循環(huán)壽命比三元材料電池，磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢明顯。按照剩余容量/ 初始容量=80%作為測試結(jié)束點，目前三元材料電池實驗室1 C 循環(huán)壽命在2 500 次左右，磷酸鐵鋰電池實驗室1 C 循環(huán)壽命在3 500 次以上，部分達到5 000 次以上。
圖三 電池循環(huán)曲線
2.4 不同溫度放電測試
不同溫度電池的放電比較如圖4 所示。在55 ℃條件下放電，三元材料電池與磷酸鐵鋰在常溫下比較，放電容量都沒有差別，－20 ℃條件下放電，三元材料電池放電容量/ 常溫容量比例比磷酸鐵鋰電池高15%，如表3 所示。
（a）三元材料電池不同溫度放電曲線
（b）磷酸鐵鋰電池不同溫度放電曲線
圖4 電池的放電曲線
表3 電池的放電數(shù)據(jù)
通過上述分析，我們可以得出磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的優(yōu)劣勢，其中三元鋰電在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面的優(yōu)勢大，而鐵鋰電池的循環(huán)性能方面則是優(yōu)勢明顯，在安全方面磷酸鐵鋰電池也優(yōu)于三元電池。在選用電池時可根據(jù)不同用途選擇，另外也要考慮其安全性和使用環(huán)境，如溫度。
