船用锂电池——磷酸铁锂

磷酸铁锂电池，全称为磷酸铁锂锂离子电池，是一种以磷酸铁锂（LiFePO₄）作为正极材料，碳（通常为石墨）作为负极材料的锂离子电池。以下是关于磷酸铁锂电池的详细介绍：

一、 发展历程：

1997年，美国德州大学古迪纳夫所在团队提出磷酸铁锂电池。 

2004年出现了第一款磷酸铁锂动力电池，并进入中国市场。

2009年应用于储能领域。

2014年中国政府推动国内电动车发展，磷酸铁锂电池在中国得到进一步发展。   

2020 年开始进入中国磷酸铁锂电池发展的新阶段。

2023 年，宁德时代发布全球首款可大规模量产的 4C 超充磷酸铁锂电池。

二、结构组成：  

正极：由磷酸铁锂材料构成，这种材料具有橄榄石型结构，原子以六方紧密堆积方式排列，结构稳定性高，为锂离子的嵌入和脱出提供了良好的框架。  

负极：一般为石墨，其具有完整的层状晶体结构，导电性好、无毒性、机械性能好且成本低。也有部分采用硅作为负极材料，但目前应用不如石墨广泛。 

 隔膜：主要作用是防止正负极接触，同时为电解液中的锂离子提供通道。常见的隔膜材质有聚乙烯（PP），其一致性高、成本低。  

电解液：能够在正负极之间传导锂离子，主要由碳酸酯类溶剂、锂盐（如六氟磷酸锂）、添加剂三部分组成。   

外壳：根据外壳材质不同分为硬壳和软包。硬壳一般由铝外壳包装，对电芯的保护较好，但重量相对较重、容量略小；软包则是为液态锂离子电池套上一层铝塑膜，形状不固定，可根据需求定制。 

三、工作原理：   

充电时，锂离子从正极脱嵌，经电解质嵌入负极，此时负极处于富锂状态，正极的磷酸铁锂转化为磷酸铁；

放电过程正好相反，锂离子从负极脱嵌，经电解质嵌入正极，重新嵌入到磷酸铁锂的晶格内，为外界提供能量。

其充放电过程的化学反应式可表示为：充电时：LiFePO₄ → xLi⁺ + Li₁ - xFePO₄ + xe⁻；放电时：Li₁ - xFePO₄ + xe⁻ → LiFePO₄。

四、性能特点：   

优点：

寿命长：循环寿命普遍达到2000次以上，甚至可以达到3500次以上，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。

安全性高：经过严格的安全测试，热稳定性好，在高温或交通事故等情况下不易发生爆炸等危险。其热峰值可以达到 350 到 500 摄氏度。

充电快速：使用专用充电器，0.5C 充电7-8小时即可使电池充满。

容量大：能量密度较高，是铅酸电池的 3 - 4 倍，能够为设备提供较长的续航时间。

无记忆效应：在充电前不需要将电池电量完全放空，随时可以充电，使用方便。

绿色环保：不含重金属等有害物质，原材料来源广泛，对环境友好。

缺点：

低温性能差：在低温环境下，电池的容量会急剧下降，续航里程明显缩短，低于 0 度时容量下降快，在低温下循环性能极差。

导电性能差：锂离子扩散速度慢，高倍充放电时实际的比容量低。

体积大：正极的振实密度小，导致电池体积相对较大。 

五、应用领域：

新能源汽车：是磷酸铁锂电池的主要应用领域，随着新能源汽车市场的不断发展，其需求持续增长。

储能：用于太阳能、风能等可再生能源的储能系统，以及电网的储能调峰等。

电动工具：如电动螺丝刀、电钻等，需要高功率和长续航的电动工具领域。

其他领域：还应用于电动船舶、5G 基站备用电源、医疗器械备用电源、电梯备用电源等。

六、主流生产厂家

宁德时代：作为全球领先的动力电池制造商，宁德时代在磷酸铁锂电池领域同样占据重要地位。其磷酸铁锂电池产品具有高性能、高安全性、长寿命等特点，广泛应用于新能源汽车、储能系统等领域。

比亚迪：比亚迪是国内最早进入新能源汽车领域的企业之一，其磷酸铁锂电池技术尤为突出。比亚迪的刀片电池就是磷酸铁锂电池的一种创新形式，以其高能量密度、长寿命和安全性受到市场认可。

亿纬锂能：亿纬锂能在磷酸铁锂电池领域也有较强的实力，其产品在性能、安全性等方面均表现出色。此外，亿纬锂能还积极布局新能源汽车、储能等市场，不断拓展其业务领域。

国轩高科：作为磷酸铁锂电池领域的老牌企业，国轩高科一直深耕该领域，拥有先进的生产技术和丰富的市场经验。其磷酸铁锂电池产品广泛应用于新能源汽车、储能等领域，并在国内外市场上占据一定份额。

中创新航：中创新航在磷酸铁锂电池领域也有不俗的表现，其产品在市场上受到一定认可。中创新航注重技术研发和产品创新，不断提升其产品的竞争力和市场占有率。

其他厂家：除了以上几家主流生产厂家外，还有许多其他企业也在磷酸铁锂电池领域有所建树，如蜂巢能源、瑞普兰钧、正力新能等。这些企业各有特色，共同推动了磷酸铁锂电池行业的发展。