浅谈磷酸铁锂电池及其新能源汽车启动电源的性能

近年来，随着温室效应的持续加剧，各国越来越重视对清洁环保能源的开发和利用。与此同时，为进一步降低能源损耗给人类生存带来的不利影响，传统汽车产业也逐步抛弃了传统的生产研究方向，转而向新能源汽车技术进军，并朝着新能源汽车理念靠拢。而为了确保新能源汽车能够获得更充足的动力支持，对新能源汽车的电能供应展开深入研究也成为有效提高新能源汽车整体性能的关键举措。基于此，本文主要结合新能源汽车的安全行驶需求，探讨了磷酸铁锂电池及其新能源汽车启动电源的性能等内容。

现阶段，磷酸铁锂电池研究获得了我国政府的大力支持，由此推动了我国在新能源领域的进一步发展，并且打破了以往三元电池占据主导地位的市场格局。2021 年 9 月 24 日，中国化学与物理电源行业协会发布《关于制定 < 锂离子电池 12V 车载低压电源系统 > 协会团体标准的征求意见函》。该意见函提到，随着汽车电动化、智能化的纵深发展，种类繁多的传感器、芯片的加入，12V 铅酸车载电源已不再适用于未来的电动化、智能化汽车。锂离子电池最有望成为启动电池领域替代铅酸电池的设备。此外，新能源汽车与新能源电池技术的发展有效减少了汽车尾气排放，降低了温室效应和环境污染的影响。而随着相关研究的不断深入，磷酸铁锂电池技术现已趋近成熟，又因具备安全可靠、绿色环保、高能量密度和长循环寿命等优点，其在汽车领域得到了广泛应用。

一、磷酸铁锂电池概述

（一）磷酸铁锂电池的定义

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料、碳作为负极材料的锂离子电池，其单体额定电压为 3.2V，充电截止电压为 3.65V。磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全环保、自放电率小、无记忆效应的优点。由于磷酸铁锂电池运行状况稳定、循环寿命较长、生产制造简单且工艺相对成熟，所以其已经成为新能源汽车最理想的启动电池之一。随着社会的不断发展，越来越多的国家和企业开始认识到磷酸铁锂电池的巨大开发价值，并斥巨资投入磷酸铁锂材料及其电池的研发工作。目前，全国布局磷酸铁锂材料生产的企业共有 20 多家，总产能高达 55.4 万吨 / 年。

其中，排名前五的企业分别是德方纳米、湖南裕能、重庆特瑞、贝特瑞和国轩高科。与此同时，截至 2022年 6 月，我国动力电池产能共计41.3GWh，同比增长了 171.7%。其中，磷酸铁锂电池的产能共计22.9GWh，占总产量的 55.4%。由此可见，针对磷酸铁锂电池的研究前景广阔。

（二）磷酸铁锂电池的特点

1. 能量密度高

从研发到进入商业生产领域，磷酸铁锂电池历经几代产品更迭，如今，其性能研发和生产制造已趋近成熟。磷酸铁锂电池属于能量密度较高的电池，相关研究人员曾指出，经过现代先进技术的处理和加工，磷酸铁锂电池的容量有望达到175—180Wh/kg。

2. 安全性好

通 常，LiFePO4 材料的充放 电 过 程 主 要 通 过 LiFePO4 及FePO4 间的相互转变来完成，由于转变期间 LiFePO4 材料的体积变化率较小且极其稳定，所以磷酸铁锂材料及电池的安全性和稳定性相对较强，这也是其能够广泛应用于新能源汽车的主要原因。另外，磷酸铁锂电池即便被外部物体刺穿也只会引发燃烧现象，并不会像三元电池那般出现爆炸等问题。因此，这种电池不会对驾驶员构成直接威胁。

3. 使用寿命较长

研究表明，磷酸铁锂电池无记忆效应，循环次数多且支持循环使用。据统计，能量型磷酸铁锂电池的循环寿命长达3000 ～ 4000 次，倍率型磷酸铁锂电池的循环甚至可以达到上万次。与三元电池相比较，磷酸铁锂电池的性能更稳定、充电时长更短、使用寿命更长，而在电池循环次数方面，三元电池的循环充电次数仅为 1000 次，甚至不足前者的三分之一。除此之外，即便是当前我国汽车行业使用最多的铅酸电池，其使用年限也仅为两年左右。而在相同的充电与运营环境下，磷酸铁锂电池的使用寿命可以延长至七到八年，进而大幅降低车主的使用成本。

4. 绿色环保

磷酸铁锂为橄榄石结构，且不含重金属成分，稀有金属成分也相对较少，这无疑赋予了磷酸铁锂电池更高的安全性。因此，磷酸铁锂电池理所当然地成为新能源汽车的理想绿色动力来 源。 据 统 计，2022 年 1 ～ 6月，我国动力电池累计装车量为110.1GWh。其中，磷酸铁锂电池的累计装车量为 64.4GWh，占总装车量的 58.5%。从市场占有率来看，我国磷酸铁锂电池行业呈现高度集中的发展态势。而随着全行业逐步进入市场化发展阶段，未来磷酸铁锂电池的生产技术、绿色环保等性能也将更上一层楼。

二、磷酸铁锂电池的新能源汽车电源性能

当前，在全球范围内，我国新能源汽车的研发与生产能力均居于世界领先行列，且具备较强的市场竞争力。而在绿色环保理念的支持下，将磷酸铁锂电池作为新能源汽车的动力电池已经成为必然趋势。未来，磷酸铁锂电池将在解决汽车运行安全问题、克服传统电池行驶里程较短难题、弥补造价过高与充电速率过慢等不足方面，发挥出更大的作用。

（一）充放电循环检测

①为测试磷酸铁锂电池的实际充放电循环次数，本文主要采用 HEW 型电池作为充放电循环性能测试系统，同时假设电池容量为 8AH，充电电流达到 1C 时为充满电状态。

②本次循环放电测试在450A 的充电环境下进行。首先，测试在 5.62C 的倍率条件下放电5 秒，然后中断约 10 分钟，随后在 450A 的电流下持续循环放电，直至电池内的电量全部耗尽。

③在相同条件下对电池进行充满电 - 放电测试，并重复充放电步骤。为进一步提高循环充电测试结果的准确性，此次充电测试将重复约 100 次。

④测试结果证明，当磷酸铁锂电池的循环充电次数达 600 次时，电池的容量仍保持在 85% 以上；继续循环充电 200 次后，电池的容量仍保持在 95% 以上。这说明在一定范围内，磷酸铁锂电池的循环次数越多，电池容量就越大，循环能力就越强，性能也就越稳定。此外，当磷酸铁锂电池的充放电次数达到 500 次后，虽然电池的性能有所下降，但其依旧能够稳定地提供电力支持，且电压值不变。

（二）不同温度环境下启动性能测试

该测试主要针对磷酸铁锂电池在不同温度环境下的运行状态，研究目的在于寻求进一步提高新能源汽车适应能力的可能性。同时，基于环境温度会影响电动汽车续航里程这一规律，锂电池在 0℃时容量通常保持在60% ～ 70%；在 -10℃时容量通常保持在 40% ～ 55%；在 -20℃时容量通常保持在 20% ～ 40%。基于此，本次测试的现场温度设定在 25℃，且每隔 30 分钟上升 5℃，测试时间设定为 24小时。此外，为确保测试结果的准确性，每次测试时，样本磷酸铁锂电池的电量都保持在满格状态。经测试，在低温环境、高温环境下，磷酸铁锂电池电池容量基本不变，续航能力较强。

（三）恒流恒压充电测试

当前，新能源汽车对动力电池仍保持着较高要求，尤其是在电压稳定状态方面。因此，为确保磷酸铁锂电池能够稳定提供电力支持，生产厂家必须将电池的电压变化幅度控制在 1% 左右。与此同时，如果磷酸铁锂电池能够一直处于恒流状态，那么其充电速率将始终控制在 0.2C，且不会因外部因素的影响而发生改变。因此，本次测试通过快速增加充电电量，使得样本磷酸铁锂电池持续处于 3.65V 的稳定压力状态。在测试过程中，样本磷酸铁锂电池的充电速率并没有因为充电方式的改变而出现充电速率下降的情况。在完成阶段性充电后，本测试先将电池静止存放约 5 分钟后，再次以 0.2C 的速度进行放电 . 此时，样本磷酸铁锂电池出现了不断增压的情况，且当电压增加到 3.65V 时，再次转入恒压充电状态；随后充入电流不断降低，并在电流大小降至0.2A 停止变化，直至完成充电。

三、结语

综上所述，磷酸铁锂电池具有稳定续航、安全环保等优势，因而在新能源汽车领域具有较大的发展前景。而为了验证磷酸铁锂电池作为新能源汽车电源的实际性能，本文就磷酸铁锂电池的充放电循环次数、不同温度环境下的启动性能及恒流恒压充电进行了测试。测试结果表明，磷酸铁锂电池具备良好的充放电性能，即便在高温、低温环境下，也能保持良好的续航能力和稳定的充电状态。由此可见，将磷酸铁锂电池作为新能源汽车的动力电池是理想的选择，同时此举还能顺应双碳减排政策，进一步提高我国新能源汽车行业的市场竞争力。

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（本文作者张秦怡，就职于陕西煤业化工技术研究院有限公司）