磷酸鐵鋰電池與鈦酸鋰電池哪個(gè)好？

在鋰電池家族里面，磷酸鐵鋰電池與鈦酸鋰電池具有比較好的電化學(xué)性能，很多對(duì)電池有需求，但對(duì)電池又不了解的朋友很納悶，磷酸鐵鋰電池與鈦酸鋰電池哪個(gè)更好？下面從它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比哪個(gè)更好。

1、鈦酸鋰電池

鈦酸鋰電池具有體積小、重量輕、能量密度高、密封性能好、無泄露、無記憶效應(yīng)、自放電率低、充放電迅速、循環(huán)壽命超長(zhǎng)、工作環(huán)境溫度范圍寬、安全穩(wěn)定綠色環(huán)保等特點(diǎn)，所以在通信電源領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

鈦酸鋰作為負(fù)極材料時(shí)電位平臺(tái)高達(dá)1.55V，比傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料高出1V還多，雖然損失了一些能量密度，但也意味著電池更加安全。技術(shù)專家盧藍(lán)光曾表示，電池快速充電時(shí)對(duì)負(fù)極電壓需求比較低，但如果過低，鋰電池就容易析出非?；顫姷慕饘黉?，這種鋰離子不僅導(dǎo)電，還能跟電解液起反應(yīng)，然后釋放熱量，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，引發(fā)火災(zāi)。而鈦酸鋰因?yàn)楦叱鰜淼?V電壓避免了負(fù)極電壓為0的情況，也就間接避免了鋰離子的析出，從而保證了電池的安全性。

由于鈦酸鋰電池在高溫、低溫環(huán)境中均可以達(dá)到安全使用，也體現(xiàn)出其耐寬溫（尤其耐低溫）的重要優(yōu)勢(shì)。目前，銀隆鈦酸鋰電池的安全工作溫度區(qū)域在-50度到65度之間，而普通石墨類負(fù)極電池在溫度低于-20度時(shí)能量就開始衰減，

-30度時(shí)充電容量?jī)H為充電總?cè)萘康?4%，在嚴(yán)寒天氣下根本無法正常工作。此外，由于鈦酸鋰電池即便過度充電，也僅有1%的體積變化，被稱為零應(yīng)變材料，這使其有著極長(zhǎng)的壽命。銀隆董事長(zhǎng)魏銀倉(cāng)曾表示，銀隆鈦酸鋰電池壽命可達(dá)30年，與汽車使用壽命相當(dāng)，而普通石墨負(fù)極材料電池平均壽命不過3-4年。

從全壽命周期看，鈦酸鋰電池成本更低。

鈦酸鋰的最后一個(gè)優(yōu)勢(shì)是快速充放電能力強(qiáng)，充電倍率高。目前銀隆鈦酸鋰電池的充電倍率有10C、甚至20C，而普通石墨負(fù)極材料的電池充電倍率僅有2C-4C?；阝佀徜囯姵氐倪@些技術(shù)特點(diǎn)，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為其契合了新能源公交車、大型儲(chǔ)能裝備的需求。拿公交車來說，一般單趟里程不超過4公里，每次終點(diǎn)站進(jìn)站等待到下次發(fā)車時(shí)間間隔至少需要幾分鐘時(shí)間。這時(shí)鈦酸鋰電池能量密度低的劣勢(shì)不會(huì)影響客車的使用，反而體現(xiàn)出電池快充的好處。作為公共交通工具，公交車對(duì)電池的安全性、耐用性都提出了更高要求。

鈦酸鋰電池存在問題以及不足之處：

雖然極佳的安全性能使得對(duì)鈦酸鋰離子電池的研究成為熱點(diǎn)，但是Li，Ti，0。材料本身的較低的電子電導(dǎo)率（10-13S/cm）和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)（10-10~10-13cm2/S）極大地限制了在大倍率充放下的應(yīng)用。有學(xué)者研究表明，將Li4Ti5012的顆粒尺寸納米化以后可以擴(kuò)大有效的反應(yīng)面積和減小擴(kuò)散距離，從而顯著的提升材料的倍率性能。但是需要指出的是，材料顆粒納米化的過程往往比較困難，需要較高的成本，目前難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

鈦酸鋰電池在循環(huán)使用中會(huì)發(fā)生持續(xù)產(chǎn)氣，導(dǎo)致電池包鼓脹，高溫時(shí)尤其嚴(yán)重，影響正負(fù)極的接觸，增加電池阻抗，影響電池性能的發(fā)揮。這也是限制負(fù)極材料鈦酸鋰廣泛應(yīng)用到電池中的主要障礙之一。

2、磷酸鐵鋰電池

（1）磷酸鋰鐵電池的優(yōu)點(diǎn)

1.LiFePO，電池的標(biāo)稱電壓是3.2V（穩(wěn)定的放電平臺(tái)）、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V；。

2.比容量大，高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2~5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C；

3.工作溫度范圍寬廣（-20℃—+75℃），高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全、完好；

4.即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；

5.極好的循環(huán)壽命，在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上；（原因：磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)定性好，鋰離子的嵌入和脫出對(duì)晶格的影響不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是電子離子傳到率差，不適宜大電流的充放電，在應(yīng)用方面受阻。解決方法：在電極表面包覆導(dǎo)電材料、摻雜進(jìn)行電極改性。

6.過放電到零伏也無損壞，零電壓存放7天后電池?zé)o泄漏，性能良好，容量為100%；存放30天后，無泄漏、性能良好，容量為98%；存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到100%。

7.可快速充電，自放電少，無記憶效應(yīng)：可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動(dòng)電流可達(dá)2C；

8.高能量密度

其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過140mAh/g（0.2C，25℃）；

9.安全性

是目前最安全的鋰離子電池正極材料；不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素；

10.無記憶效應(yīng)

11.充電性能

磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，最快可在1小時(shí)內(nèi)將電池充滿。

原料來源豐富、價(jià)廉，環(huán)境友好，不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素

12、熱穩(wěn)定性好

磷酸鐵鋰熱穩(wěn)定性很好，F(xiàn)ePO4在210~410C的溫度范圍內(nèi)放出的熱量?jī)H為210j/g；

LiCoO2充電狀態(tài)（CoO2）開始分解產(chǎn)生氧氣的溫度為240℃，放出熱量約為1000j/g

13、循環(huán)性能好

由于LiFePO4與FePO4結(jié)構(gòu)相似，鋰離子脫出/嵌入后，LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生重排。

8.低成本；

9.對(duì)環(huán)境無污染。

（2）磷酸鐵鋰電池缺點(diǎn)

國(guó)內(nèi)現(xiàn)在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料，從政府、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)甚至是證券公司等市場(chǎng)分析員都看好這一材料，將其作為動(dòng)力型鋰離子電池的發(fā)展方向。分析其原因，主要有下列兩點(diǎn)：首先是受到美國(guó)研發(fā)方向的影響，美國(guó)Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國(guó)內(nèi)一直沒有制備出可供動(dòng)力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲(chǔ)存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷，歸結(jié)起來主要有以下幾點(diǎn)：

1、在磷酸鐵鋰制備時(shí)的燒結(jié)過程中，氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會(huì)引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質(zhì)。這也是日本一直不將該材料作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料的主要原因。

2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)能系統(tǒng)中心主任DonHillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時(shí)候，他用terrible來形容，他們對(duì)磷酸鐵鋰型鋰離子電池測(cè)試結(jié)果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下（0℃以下）無法使電動(dòng)汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯(cuò)，但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在這種狀況下，設(shè)備根本就無法啟動(dòng)工作。

3、材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學(xué)性能，但是也帶來了其它問題，如能量密度的降低、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對(duì)環(huán)境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵鋰中的化學(xué)元素Li、Fe與P很豐富，成本也較低，但是制備出的磷酸鐵鋰產(chǎn)品成本并不低，即使去掉前期的研發(fā)成本，該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本，會(huì)使得最終單位儲(chǔ)能電量的成本較高。

4、產(chǎn)品一致性差。目前國(guó)內(nèi)還沒有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決這一問題。從材料制備角度來說，磷酸鐵鋰的合成反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)，有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽，外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。在這一復(fù)雜的反應(yīng)過程中，很難保證反應(yīng)的一致性。

5、知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。目前磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專利被美國(guó)德州大學(xué)所有，而碳包覆專利被加拿大人所申請(qǐng)。這兩個(gè)基礎(chǔ)性專利是無法繞過去的，如果成本中計(jì)算上專利使用費(fèi)的話，那產(chǎn)品成本將會(huì)進(jìn)一步提高。

從上面的對(duì)比來看，總體來說磷酸鐵鋰電池要比鈦酸鋰電池要好些，能被市場(chǎng)接受和商業(yè)應(yīng)用的前景更廣闊。