磷酸铁锂离子电池和钛酸锂离子电池哪一个好？酒水车
文章来源：国成机械网 | 2022-10-09
磷酸铁锂离子电池和钛酸锂离子电池哪一个好？
在锂离子电池家族里面，磷酸铁锂离子电池与钛酸锂离子电池具有比较好的电化学性能，很多对电池有需求，但对电池又不了解的朋友很纳闷，磷酸铁锂离子电池与钛酸锂离子电池哪个更好？下面从它们各自的优缺点比较哪个更好。
1、钛酸锂离子电池
钛酸锂离子电池具有体积小、重量轻、能量密度高、密封性能好、无泄露、无记忆效应、自放电率低、充放电迅速、循环寿命超长、工作环境温度范围宽、安全稳定绿色环保等特点，所以在通信电源领域具有非常广泛的应用前景。
钛酸锂作为负极材料时电位平台高达1.55V，比传统石墨负极材料高出1V还多，虽然损失了一些能量密度，但也意味着电池更加安全。技术专家卢蓝光曾表示，电池快速充电时对负极电压需求比较低，但假如过低，锂离子电池就容易析出非常活泼的金属锂，这种锂离子不仅导电，还能跟电解液起反应，然后释放热量，出现可燃气体，引发火灾。而钛酸锂因为高出来的1V电压防止了负极电压为0的情况，也就间接防止了锂离子的析出，从而保证了电池的安全性。
低温磷酸铁锂电池3.2V 20A
-20℃充电，-40℃ 3C放电容量≥70%
充电温度：-20~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃支持最大放电倍率：3C
-40℃ 3C放电容量保持率≥70%
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由于钛酸锂离子电池在高温、低温环境中均可以达到安全使用，也体现出其耐宽温（尤其耐低温）的重要优势。目前，银隆钛酸锂离子电池的安全工作温度区域在-50度到65度之间，而普通石墨类负极电池在温度低于-20度时能量就开始衰减，
-30度时充电容量仅为充电总容量的14%，在严寒天气下根本无法正常工作。此外，由于钛酸锂离子电池即便过度充电，也仅有1%的体积变化，被称为零应变材料，这使其有着极长的寿命。银隆董事长魏银仓曾表示，银隆钛酸锂离子电池寿命可达30年，与汽车使用寿命相当，而普通石墨负极材料电池平均寿命不过3-4年。
从全寿命周期看，钛酸锂离子电池成本更低。
钛酸锂的最后一个优势是快速充放电能力强，充电倍率高。目前银隆钛酸锂离子电池的充电倍率有10C、甚至20C，而普通石墨负极材料的电池充电倍率仅有2C-4C。基于钛酸锂离子电池的这些技术特点，业内人士认为其契合了新能源公交车、大型储能装备的需求。拿公交车来说，一般单趟里程不超过4公里，每次终点站进站等待到下次发车时间间隔至少要几分钟时间。这时钛酸锂离子电池能量密度低的劣势不会影响客车的使用，反而体现出电池快充的好处。作为公共交通工具，公交车对电池的安全性、耐用性都提出了更高要求。
钛酸锂离子电池存在问题以及不足之处：
低温高能量密度18650 3350mAh
-40℃ 0.5C放电容量≥60%
充电温度：0~45℃
放电温度：-40~+55℃
比能量：240Wh/kg
-40℃放电容量保持率：0.5C放电容量≥60%
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虽然最佳的安全性能使得对钛酸锂离子电池的研究成为热点，但是Li，Ti，0。材料本身的较低的电子电导率（10-13S/cm）和锂离子扩散系数（10-10~10-13cm2/S）极大地限制了在大倍率充放下的应用。有学者研究表明，将Li4Ti5012的颗粒尺寸纳米化以后可以扩大有效的反应面积和减小扩散距离，从而显著的提升材料的倍率性能。但是要指出的是，材料颗粒纳米化的过程往往比较困难，要较高的成本，目前难以实现大规模的工业生产。
钛酸锂离子电池在循环使用中会发生持续产气，导致电池包鼓胀，高温时尤其严重，影响正负极的接触，新增电池阻抗，影响电池性能的发挥。这也是限制负极材料钛酸锂广泛应用到电池中的重要障碍之一。
2、磷酸铁锂离子电池
（1）磷酸锂铁电池的优点
1.LiFePO，电池的标称电压是3.2V（稳定的放电平台）、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V；。
2.比容量大，高效率输出：标准放电为2~5C、持续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；
3.工作温度范围宽广（-20℃—+75℃），高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池内部结构安全、完好；
4.即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；
5.极好的循环寿命，在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上；（原因：磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是电子离子传到率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。解决方法：在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。
6.过放电到零伏也无损坏，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。
7.可快速充电，自放电少，无记忆效应：可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C；
8.高能量密度
其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140mAh/g（0.2C，25℃）；
9.安全性
是目前最安全的锂离子电池正极材料；不含任何对人体有害的重金属元素；
10.无记忆效应
11.充电性能
磷酸铁锂正极材料的锂离子电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。
原料来源丰富、价廉，环境友好，不含任何对人体有害的重金属元素
12、热稳定性好
磷酸铁锂热稳定性很好，FePO4在210~410C的温度范围内放出的热量仅为210j/g；
LiCoO2充电状态（CoO2）开始分解出现氧气的温度为240℃，放出热量约为1000j/g
13、循环性能好
由于LiFePO4与FePO4结构相似，锂离子脱出/嵌入后，LiFePO4晶体结构几乎不发生重排。
8.低成本；
9.对环境无污染。
（2）磷酸铁锂离子电池缺点
国内现在普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料，从政府、科研机构、公司甚至是证券公司等市场分析员都看好这一材料，将其作为动力型锂离子电池的发展方向。分析其原因，重要有下列两点：首先是受到美国研发方向的影响，美国Valence与A123公司最早采用磷酸铁锂做锂离子电池的正极材料。其次是国内一直没有制备出可供动力型锂离子电池使用的具有良好高温循环与储存性能的锰酸锂材料。但磷酸铁锂也存在不容忽视的根本性缺陷，归结起来重要有以下几点：
1、在磷酸铁锂制备时的烧结过程中，氧化铁在高温还原性气氛下存在被还原成单质铁的可能性。单质铁会引起电池的微短路，是电池中最忌讳的物质。这也是日本一直不将该材料作为动力型锂离子电池正极材料的重要原因。
2、磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低。低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。美国阿贡国家实验室储能系统中心主任DonHillebrand博士谈到磷酸锂铁电池低温性能的时候，他用terrible来形容，他们对磷酸铁锂型锂离子电池测试结果表明表明磷酸铁锂离子电池在低温下（0℃以下）无法使电动汽车行驶。尽管也有厂家宣称磷酸锂铁电池在低温下容量保持率还不错，但是那是在放电电流较小和放电截止电压很低的情况下。在这种状况下，设备根本就无法启动工作。
3、材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。磷酸铁锂的纳米化和碳包覆尽管提高了材料的电化学性能，但是也带来了其它问题，如能量密度的降低、合成成本的提高、电极加工性能不良以及对环境要求苛刻等问题。尽管磷酸铁锂中的化学元素Li、Fe与P很丰富，成本也较低，但是制备出的磷酸铁锂产品成本并不低，即使去掉前期的研发成本，该材料的工艺成本加上较高的制备电池的成本，会使得最终单位储能电量的成本较高。
4、产品一致性差。目前国内还没有一家磷酸铁锂材料厂能够解决这一问题。从材料制备角度来说，磷酸铁锂的合成反应是一个复杂的多相反应，有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐，外加碳的前驱体以及还原性气相。在这一复杂的反应过程中，很难保证反应的一致性。
5、知识产权问题。目前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。这两个基础性专利是无法绕过去的，假如成本中计算上专利使用费的话，那产品成本将会进一步提高。
从上面的比较来看，总体来说磷酸铁锂离子电池要比钛酸锂离子电池要好些，能被市场接受和商业应用的前景更广阔。
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