中國粉體網訊 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、電池循環壽命長、耐高溫性能好、綠色環保、價格適中等特點，是三種鋰離子電池中比較受歡迎的。
1、磷酸鐵鋰電池的構造
磷酸鐵鋰電池主要是由正極、負極、隔膜、電解質及金屬外殼組成，其中正極材料是磷酸鐵鋰（LiFePO4），負極材料是碳（石墨），中間是聚合物的隔膜，內部充有電解質，整體由金屬外殼密閉封裝。
圖1 磷酸鐵鋰電池內部結構示意圖
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，依次經過電解液、隔膜、電解液之后到達并且嵌入負極材料石墨的層狀晶格結構中，完成能量存儲。
LiFePO4 - xLi+ - xe- → xFePO4 + （1-x）LiFePO4
②放電
負極材料石墨晶格中的Li以Li+自由地從晶格中脫出，依次經過電解液、隔膜、電解液之后到達并且嵌入正極材料中與FePO4結合形成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-負極”。
3、磷酸鐵鋰電池的特點
①結構上
磷酸鐵鋰具有橄欖石晶體結構，O2-與P5+通過強的共價鍵結合形成（PO4）3-，充放電過程中O2-很難脫出，所以電池的結構是相對穩定的。
圖2 磷酸鐵鋰橄欖石結構（圖源：[1]）
②性能上
安全性好，充放電過程中，電池結構不會發生變化，磷酸鐵鋰電池的燃點為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生起火、爆炸等現象。
循環壽命長，磷酸鐵鋰電池1C循環壽命普遍達2000次，甚至達到3500次以上。所謂電池循環次數，簡單來講就是電池放電100%的次數，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。
耐高溫性能好，磷酸鐵鋰電池熱峰值可達350~500℃，工作溫度范圍在-20~+75℃，磷酸鐵鋰（LiFePO4）晶體中的P-O鍵穩固，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域的應用
自2019年電動自行車新國標實行以來，超標電動車陸續退出市場，新能安、天能、億緯等蓄電池企業紛紛推出了適用于電動自行車的磷酸鐵鋰電池，雅迪、臺鈴、小牛等電動車企業也陸續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月國家標準化管理委員會下達的強制性國家標準《電動自行車用鋰離子蓄電池安全技術規范》的立項計劃，能有效預防劣質電池流入市場，也為鋰電池類電動自行車用戶提供了安全保障，據中國自行車協會初步統計，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
在選擇電動自行車用的蓄電池時，用戶一般會從續航能力、安全性、性價比等方面進行對比。電動自行車作為短途代步工具，磷酸鐵鋰電池續航里程可達100㎞以上，完全可以滿足用戶的需求；磷酸鐵鋰電池結構穩定，耐高溫性能優越，安全上有保證；電池行業平均成本顯示，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。綜合各項數據，磷酸鐵鋰電池應用在電動自行車動力電池上的技術已相對成熟，在資金預算范圍內，可以優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性能比較。
[3]中國自行車協會
（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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