什么是磷酸铁锂电池？

磷酸铁锂电池是指以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池。具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率低、无记忆效应、高温性能好、重量轻、环保等特点，市场上普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料。

磷酸铁锂电池是一种锂离子电池，由磷酸铁锂正极、石墨负极、电解液和隔膜组成。

磷酸铁锂电池工作原理

磷酸铁锂电池的充放电反应是在LiFePO4和FePO4两相之间进行。在充电过程中，LiFePO4逐渐脱离出锂离子形成FePO4，在放电过程中，锂离子嵌入FePO4形成LiFePO4。

电池充电时，锂离子从磷酸铁锂晶体迁移到晶体表面，在电场力的作用下，进入电解液，然后穿过隔膜，再经电解液迁移到石墨晶体的表面，而后嵌入石墨晶格中。

与此同时，电子经导电体流向正极的铝箔集电极，经极耳、电池正极柱、外电路、负极极柱、负极极耳流向电池负极的铜箔集流体，再经导电体流到石墨负极，使负极的电荷达至平衡。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后，磷酸铁锂转化成磷酸铁。

电池放电时，锂离子从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，然后穿过隔膜，经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面，然后重新嵌入到磷酸铁锂的晶格内。

与此同时，电子经导电体流向负极的铜箔集电极，经极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体，再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷达至平衡。锂离子嵌入到磷酸铁晶体后，磷酸铁转化为磷酸铁锂。

磷酸铁锂电池的特点

能量密度较高

据报道，2018年量产的方形铝壳磷酸铁锂电池单体能量密度在160Wh/kg左右，2019年一些优秀的电池厂家大概能做到175-180Wh/kg的水平，个别厉害的厂家采用叠片工艺、容量做得大些，或能做到185Wh/kg。

安全性能好

磷酸铁锂电池正极材料电化学性能比较稳定， 这决定了它具有着平稳的充放电平台，因此，在充放电过程中电池的结构不会发生变化，不会燃烧爆炸，并且即使在短路、过充、挤压、针刺等特殊条件下，仍然是非常安全的。

循环寿命长

磷酸铁锂电池1C循环寿命普遍达2000次，甚至达到3500次以上，而对于储能市场要求达到4000-5000次以上，保证8-10年的使用寿命，高于三元电池1000多次的循环寿命，而长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右。

磷酸铁锂合成工艺

磷酸铁锂的合成工艺已基本完善，主要分为固相法和液相法。其中以高温固相反应法最为常用，也有研究者将固相法中的微波合成法及液相法中的水热合成法结合使用——微波水热法。

另外，磷酸铁锂的合成方法还包括仿生法、冷却干燥法、乳化干燥法、脉冲激光沉积法等，通过选择不同的方法，合成粒度小、分散性能好的产物，可以有效缩短Li+的扩散路径，两相间的接触面积增大，Li+的扩散速度加快。

固相法+磷酸铁工艺（碳热还原法）

一般采用三价铁作为铁源，磷酸或磷酸一铵（磷酸二氢铵）等作为磷源，碳酸锂等作为锂源，炭黑作为碳源，有机物如葡萄糖、蔗糖、淀粉等作为辅料，通过将前驱体磷酸铁与有机物、炭黑均匀混合，利用碳源在高温环境下的还原性将三价铁还原成二价铁，同时使热解的碳包覆在磷酸铁锂上起到增强导电性的作用。

磷酸铁工艺

这种方法主要分为磷酸铁前驱体的制备和二次加工两部分，磷酸铁的品质对产品影响较大。典型的磷酸铁制备过程包括硫酸亚铁制备、磷铁反应、PH值调节三个主要步骤。

磷酸铁前驱体制备工艺

固相法+草酸亚铁工艺（高温固相法）

高温固相法是LiFePO4合成中最早出现的一种制备方法，代表企业为江西升华（富临精工）、丰元股份（草酸龙头企业切入磷酸铁锂）。高温固相法所釆用的锂源通常为碳酸锂、氧氧化锂或醋酸锂，铁源通常釆用草酸亚铁、醋酸亚铁等有机亚铁盐，磷源常采用磷酸二氢铵、磷酸氢二铵。固相法设备简单，操作容易，制备的材料性能稳定，易用于规模生产，但是缺点是热处理温度高，合成周期较长，能耗大；物相不均匀，产物颗粒较大且无具体形貌，颗粒粒径分布范围宽等。

草酸亚铁工艺

固相法+铁红工艺（碳热还原法）

铁红工艺是三氧化二铁为铁源，与磷酸二氢锂(LiH2PO4)、碳源经湿法研磨混合，利用碳热还原法制备磷酸铁锂正极材料。磷酸二氢锂由碳酸锂和磷酸一铵制得，因此铁红工艺的磷源为磷酸一铵。

铁红工艺

液相法+硝酸铁工艺（自热蒸发液相法）

自热蒸发液相法所需要的锂源为碳酸锂，铁源为硝酸铁、铁块与硝酸（外购浓硝酸和生产回收的稀硝酸进行配置）生产硝酸铁，磷源为磷酸二氢铵。将原料锂源、铁源、磷源和辅料混合后即可自发反应，反应放热后快速蒸发水分而自动停止反应，得到纳米磷酸铁锂的前驱体，而后在烧结过程中加入碳源，进行两次的高温分解，得到非连续的石墨烯包覆磷酸铁锂颗粒。

硝酸铁工艺

磷酸铁锂电池产业链

中国磷酸铁锂电池产业链上游包括正极材料、负极材料、铜箔、电解液、锂电隔膜、锂电设备等；中游为电池电芯、电池管理系统、能量管理系统经过封装成为磷酸铁锂电池；下游应用于新能源汽车、储能电池、新能源发电端储能、5G基站储能、铅酸替代等领域，后市场为动力电池回收。

中国磷酸铁锂电池上游磷酸铁锂正极材料企业主要为湖南裕能、德方纳米、龙蟠科技、湖北万润、融通高科等，负极材料企业主要为贝特瑞、璞秦来、杉杉股份、东莞凯金、中科星城、尚太科技、翔丰华等；中游企业主要为比亚迪、宁德时代、云天化、华友钴业、厦门钨业、中天科技、兴发集团、天能股份、亿纬锂能、厦钨新能、盛屯矿业、龙佰集团、天赐材料、横店东磁、天原股份等。

磷酸铁锂电池发展历程

磷酸铁锂电池发展经历了三个阶段，分别为启动期、震荡期和高速发展期，目前处于高速发展期。

启动期（2009~2016）

行业动态：国家补贴推动新能源汽车行业发展，磷酸铁锂电池行业显著受益。2009年，国家推出补贴政策推动新能源汽车行业的发展，由于早期政策偏向商用车，在政策驱动下国有机构大量采购商用新能源车，磷酸铁锂电池的安全性、循环寿命及成本优势在商用车中渗透率极高，因此出货量迅速增加。

震荡期（2017~2019）

行业动态：国补侧重电池能量密度考核，磷酸铁锂因能量密度劣势渗透率快速下跌。2017年起，国家首次将电池系统的能量密度纳入考核标准，高能量密度、长续航里程成为新能源汽车企业获取补贴的重要考核指标，动力电池企业转向开发高能量密度的三元锂电池，高镍三元成为主流的技术方向，磷酸铁锂市场份额大幅下滑。

高速发展期（2020~2022）

行业动态：国补大幅退坡，电池企业陆续推出电池结构优化方案，搭载铁锂电池的爆款车型陆续推出。在补贴退坡的背景下，整车企业的控本需求强烈，磷酸铁锂电池相较于三元电池具备显著的成本优势，在中低端车型中渗透率快速提升。同时特斯拉、小鹏等车企推出配套磷酸铁锂电池的车型。

常见应用领域

LiFePO4电池支持无级扩展，适用于大规模电力储能。在可再生能源电站安全并网、电网调峰、分布式电站、UPS电源、应急供电系统等领域具有良好的应用前景。

电动汽车(EV)

LiFePO4电池以其低安全性、低成本的优势，广泛应用于乘用车、客车、物流车、低速电动车等领域。磷酸铁锂电池在客车、物流车辆等领域占有不可替代的优势。最新数据显示，磷酸铁锂电池占电池总出货量的一半。

启动电源（Startup Power）

启动磷酸铁锂电池除了具有动力锂电池的特性外，还具有瞬时功率输出能力。电量小于一度的动力锂电池取代传统铅酸电池，它不仅具有缓慢启停功能，还具有发动机停机、滑行、制动能量回收、加速动力、电动巡航等功能。

储能系统(ESS)

随着储能市场的兴起，近年来，一些动力电池企业纷纷布局储能业务，为磷酸铁锂电池开拓新的应用市场，推动全新商业模式的建立，磷酸铁锂电池配套的储能系统已经成为市场的主流选择。

可再生能源发电

大容量储能产品成为解决电网与可再生能源发电之间矛盾的关键因素。随着容量和规模的不断扩大，集成技术的不断成熟，储能系统成本将进一步降低。

经过安全性和可靠性的长期测试，磷酸铁锂电池储能系统有望在风力发电、光伏发电等可再生能源发电安全并网及提高电能质量方面得到广泛应用，提高可再生能源发电的可靠性和改善电能质量，使可再生能源成为连续、稳定的供电电源。

电网调峰

电网调峰的主要手段一直是抽水蓄能电站。由于抽水蓄能电站需建上、下两个水库，受地理条件限制较大，在平原地区不容易建设，而且占地面积大，维护成本高。

采用磷酸铁锂电池储能系统取代抽水蓄能电站，应对电网尖峰负荷，不受地理条件限制，选址自由，投资少、占地少，维护成本低，因此在电网调峰过程中发挥着重要作用。

分布式电站

大型电网自身的缺陷，就是难以保障电力供应的质量、效率、安全可靠性要求。对于重要单位和企业，往往需要双电源甚至多电源作为备份和保障。

磷酸铁锂电池储能系统可以减少或避免由于电网故障和各种意外事件造成的断电，在保证医院、银行、指挥控制中心、数据处理中心、化学材料工业和精密制造工业等安全可靠供电方面发挥重要作用。

UPS电源

随着物联网、云计算等数据业务需求的爆炸式增长，数据中心正在发展成为一个具有战略意义的新兴产业，成为新一代信息产业的重要组成部分。

在UPS不间断供电系统中,后备蓄电池组是整个供电系统的最后一道供电保障防线，又是电源维护工作的重点与难点，随着UPS锂电池储能系统技术的成熟完善和成本日益优化，未来锂电池将不仅仅是作为UPS电源使用。

参考资料：

磷酸铁锂电池性能与应用研究．百度学术 [引用日期2019-10-14]

我国废弃磷酸铁锂电池的资源化研究．百度学术 [引用日期2019-10-14]

磷酸铁锂电池工业应用领域浅析．中国知网 [引用日期2019-10-14]

磷酸铁锂废旧电池的回收概况．中国知网 [引用日期2019-10-14]

内容资料来源：百度百科、迈科新能源、心灵充电站、锂电数据营、机器人电源解决方案、粉体圈等