中國粉體網(wǎng)訊 目前市場上電動自行車用鋰離子電池主要為錳酸鋰電池、三元鋰電池以及磷酸鐵鋰電池，其中磷酸鐵鋰電池因其安全性能好、電池循環(huán)壽命長、耐高溫性能好、綠色環(huán)保、價格適中等特點(diǎn)，是三種鋰離子電池中比較受歡迎的。
1、磷酸鐵鋰電池的構(gòu)造
磷酸鐵鋰電池主要是由正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)及金屬外殼組成，其中正極材料是磷酸鐵鋰（LiFePO4），負(fù)極材料是碳（石墨），中間是聚合物的隔膜，內(nèi)部充有電解質(zhì)，整體由金屬外殼密閉封裝。
圖1 磷酸鐵鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
2、磷酸鐵鋰電池的工作原理
①充電
正極材料LiFePO4中的部分Li以Li+從晶格中脫出，依次經(jīng)過電解液、隔膜、電解液之后到達(dá)并且嵌入負(fù)極材料石墨的層狀晶格結(jié)構(gòu)中，完成能量存儲。
LiFePO4 - xLi+ - xe- → xFePO4 + （1-x）LiFePO4
②放電
負(fù)極材料石墨晶格中的Li以Li+自由地從晶格中脫出，依次經(jīng)過電解液、隔膜、電解液之后到達(dá)并且嵌入正極材料中與FePO4結(jié)合形成LiFePO4，完成能量的釋放。
LiFePO4 + xLi+ + xe- → xLiFePO4 + （1-x）FePO4
在這個充放電循環(huán)過程中，Li+的遷移過程可以理解為“正極-電解液-隔膜-電解液-負(fù)極”。
3、磷酸鐵鋰電池的特點(diǎn)
①結(jié)構(gòu)上
磷酸鐵鋰具有橄欖石晶體結(jié)構(gòu)，O2-與P5+通過強(qiáng)的共價鍵結(jié)合形成（PO4）3-，充放電過程中O2-很難脫出，所以電池的結(jié)構(gòu)是相對穩(wěn)定的。
圖2 磷酸鐵鋰橄欖石結(jié)構(gòu)（圖源：[1]）
②性能上
安全性好，充放電過程中，電池結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，磷酸鐵鋰電池的燃點(diǎn)為800℃，在過充電、外部短路、熱濫用、針刺、擠壓、振動等條件下不會發(fā)生起火、爆炸等現(xiàn)象。
循環(huán)壽命長，磷酸鐵鋰電池1C循環(huán)壽命普遍達(dá)2000次，甚至達(dá)到3500次以上。所謂電池循環(huán)次數(shù)，簡單來講就是電池放電100%的次數(shù)，比如電池在滿電的時候用掉一半，充滿，再用掉一半，總共使用了100%的電量，算作一次循環(huán)。
耐高溫性能好，磷酸鐵鋰電池?zé)岱逯悼蛇_(dá)350~500℃，工作溫度范圍在-20~+75℃，磷酸鐵鋰（LiFePO4）晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，在高溫下難以分解，故電池耐高溫性能較好。
4、磷酸鐵鋰電池在電動自行車領(lǐng)域的應(yīng)用
自2019年電動自行車新國標(biāo)實(shí)行以來，超標(biāo)電動車陸續(xù)退出市場，新能安、天能、億緯等蓄電池企業(yè)紛紛推出了適用于電動自行車的磷酸鐵鋰電池，雅迪、臺鈴、小牛等電動車企業(yè)也陸續(xù)推出了以磷酸鐵鋰電池作為動力電池的電動自行車。2022年12月國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會下達(dá)的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《電動自行車用鋰離子蓄電池安全技術(shù)規(guī)范》的立項(xiàng)計劃，能有效預(yù)防劣質(zhì)電池流入市場，也為鋰電池類電動自行車用戶提供了安全保障，據(jù)中國自行車協(xié)會初步統(tǒng)計，2022年我國電動自行車銷量約為5000萬輛，磷酸鐵鋰電池電動自行車大量流入市場。
5、小結(jié)
在選擇電動自行車用的蓄電池時，用戶一般會從續(xù)航能力、安全性、性價比等方面進(jìn)行對比。電動自行車作為短途代步工具，磷酸鐵鋰電池續(xù)航里程可達(dá)100㎞以上，完全可以滿足用戶的需求；磷酸鐵鋰電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐高溫性能優(yōu)越，安全上有保證；電池行業(yè)平均成本顯示，磷酸鐵鋰電池為0.6元/Wh，三元鋰電池為0.8元/Wh，按1300Wh電池計算，磷酸鐵鋰電池價格相較于三元鋰電池可便宜260元。綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)，磷酸鐵鋰電池應(yīng)用在電動自行車動力電池上的技術(shù)已相對成熟，在資金預(yù)算范圍內(nèi)，可以優(yōu)先考慮選擇磷酸鐵鋰電池。
參考來源：
[1] Padhi, Nanjundaswamy, Goodenough. Journal of the Electrochemical Society 144, 1188 (1997)
[2]曾帥波等.基于三元、磷酸鐵鋰和錳酸鋰正極的電化學(xué)性能比較。
[3]中國自行車協(xié)會
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
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