純電動車用磷酸鐵鋰電池組散熱研究

純電動車用磷酸鐵鋰電池組散熱研究一、本文概述隨著全球環(huán)保意識的日益加強(qiáng)和對可再生能源需求的不斷增加，純電動車作為清潔、高效的交通方式，得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池作為純電動車的主要動力來源，其性能穩(wěn)定性和安全性對車輛的運(yùn)行至關(guān)重要。然而，磷酸鐵鋰電池在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果散熱不良，將直接影響電池的性能和壽命，甚至可能引發(fā)安全問題。因此，對磷酸鐵鋰電池組的散熱研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。本文旨在探討純電動車用磷酸鐵鋰電池組的散熱問題，通過對電池組散熱機(jī)理的分析，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和實(shí)際應(yīng)用情況，提出有效的散熱方案。文章首先介紹了純電動車和磷酸鐵鋰電池的基本概念和特點(diǎn)，然后重點(diǎn)分析了電池組散熱的重要性和影響因素，包括電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作條件、散熱方式等。在此基礎(chǔ)上，文章綜述了目前電池組散熱技術(shù)的研究進(jìn)展，包括自然散熱、強(qiáng)制風(fēng)冷、液冷等多種散熱方式，并對比了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。文章提出了針對磷酸鐵鋰電池組散熱的優(yōu)化方案和建議，以期為提高電池組的散熱性能和純電動車的安全性提供參考。二、磷酸鐵鋰電池組散熱理論基礎(chǔ)磷酸鐵鋰電池因其高能量密度、長循環(huán)壽命以及相對較低的成本，在純電動車領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著電池容量的增加，其熱管理問題也日益凸顯。磷酸鐵鋰電池在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果不能及時(shí)有效地將這些熱量散出，可能會導(dǎo)致電池?zé)崾Э?，進(jìn)而影響電池性能，甚至引發(fā)安全問題。因此，對磷酸鐵鋰電池組進(jìn)行散熱研究，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。磷酸鐵鋰電池的散熱主要基于熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射三種基本方式。熱傳導(dǎo)是指熱量從電池內(nèi)部高溫區(qū)域通過材料傳遞到低溫區(qū)域的過程，其效率取決于材料的導(dǎo)熱性能。熱對流則是指熱量通過流體介質(zhì)（如空氣或液體）的流動進(jìn)行傳遞，這種方式在電池外部散熱中尤為重要。熱輻射則是物體因溫度而發(fā)出電磁波，從而將熱量傳播到空間中的過程，它在高溫環(huán)境下對電池散熱的貢獻(xiàn)不可忽視。磷酸鐵鋰電池組的散熱設(shè)計(jì)需要綜合考慮上述三種散熱方式，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇和控制策略，實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)部熱量的高效傳遞和排出。還需要考慮電池組在不同工作環(huán)境下的散熱性能，以及電池老化對散熱效果的影響，從而確保電池組在各種使用場景下都能保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。磷酸鐵鋰電池組散熱理論基礎(chǔ)涉及熱力學(xué)、流體力學(xué)、材料科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是一個(gè)復(fù)雜而重要的研究課題。通過對這些基礎(chǔ)理論的研究和應(yīng)用，我們可以更好地理解和解決磷酸鐵鋰電池在散熱方面面臨的問題，為純電動車的發(fā)展提供有力支持。三、磷酸鐵鋰電池組散熱現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)隨著純電動車市場的不斷擴(kuò)大，磷酸鐵鋰電池因其高安全性和長壽命等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著電池能量密度的提高，散熱問題逐漸成為制約磷酸鐵鋰電池性能進(jìn)一步提升的關(guān)鍵因素。目前，磷酸鐵鋰電池組的散熱現(xiàn)狀面臨諸多挑戰(zhàn)?，F(xiàn)狀方面，目前磷酸鐵鋰電池組主要采用的散熱方式包括自然對流散熱、強(qiáng)制風(fēng)冷散熱、液冷散熱等。自然對流散熱方式簡單，成本較低，但在高溫或高負(fù)荷工況下散熱效果有限。強(qiáng)制風(fēng)冷散熱通過風(fēng)扇等裝置增強(qiáng)空氣流動，提高散熱效果，但風(fēng)扇的能耗和噪音問題需進(jìn)一步優(yōu)化。液冷散熱則通過冷卻液循環(huán)帶走電池?zé)崃?，散熱效率高，但需要額外的冷卻設(shè)備和管道，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。挑戰(zhàn)方面，磷酸鐵鋰電池組散熱面臨的主要問題包括：一是電池組內(nèi)部熱量分布不均，導(dǎo)致局部熱失控風(fēng)險(xiǎn)增加；二是隨著電池能量密度的提高，散熱需求增大，傳統(tǒng)散熱方式難以滿足；三是散熱系統(tǒng)需要兼顧冷卻效果和能耗、噪音等因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)難度加大；四是電池組散熱與整車熱管理系統(tǒng)的集成和協(xié)同控制問題，需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)整體效率。針對以上挑戰(zhàn)，未來磷酸鐵鋰電池組散熱研究應(yīng)關(guān)注以下幾個(gè)方面：一是開發(fā)新型高效散熱材料和技術(shù)，提高散熱效率和均勻性；二是研究電池組內(nèi)部熱管理策略，優(yōu)化熱量分布，降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)；三是加強(qiáng)散熱系統(tǒng)與整車熱管理系統(tǒng)的集成和優(yōu)化，提高系統(tǒng)整體性能；四是關(guān)注散熱系統(tǒng)的可靠性和耐久性，確保電池組在長期使用中的穩(wěn)定性和安全性。四、磷酸鐵鋰電池組散熱技術(shù)研究隨著純電動車市場的迅速增長，磷酸鐵鋰電池作為其主要動力源，其熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化顯得尤為重要。磷酸鐵鋰電池組散熱技術(shù)研究旨在提高電池組的工作效率和安全性，延長電池的使用壽命。散熱技術(shù)的研究主要圍繞電池?zé)嶙琛醾鲗?dǎo)、熱對流和熱輻射等幾個(gè)方面進(jìn)行。針對磷酸鐵鋰電池組的散熱問題，研究者們提出了多種散熱方案。首先是自然散熱技術(shù)，即利用電池組自身與周圍環(huán)境的溫差進(jìn)行熱量交換。然而，由于純電動車在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量熱量，單純依賴自然散熱難以滿足電池組的散熱需求。因此，強(qiáng)制散熱技術(shù)成為了研究的重點(diǎn)。其中，風(fēng)冷散熱技術(shù)以其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。通過在電池組周圍安裝風(fēng)扇或風(fēng)道，可以加速空氣流動，提高散熱效率。然而，風(fēng)冷散熱技術(shù)在高溫環(huán)境下的散熱效果并不理想，且風(fēng)扇的噪音和能耗問題也需要考慮。另一種強(qiáng)制散熱技術(shù)是液冷散熱，它利用冷卻液在電池組內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)，通過液體的導(dǎo)熱性能將電池產(chǎn)生的熱量迅速帶走。液冷散熱技術(shù)具有較高的散熱效率，適用于高溫和高負(fù)荷的工作環(huán)境。然而，液冷散熱技術(shù)也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、維護(hù)困難等問題。除了上述散熱技術(shù)外，研究者們還在探索其他新型散熱技術(shù)，如熱管散熱、相變材料散熱等。這些技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求進(jìn)行選擇和優(yōu)化。磷酸鐵鋰電池組散熱技術(shù)的研究對于提高純電動車的性能和安全性具有重要意義。未來，隨著材料科學(xué)和散熱技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信會涌現(xiàn)出更多高效、環(huán)保的散熱方案，為純電動車的發(fā)展注入新的動力。五、散熱技術(shù)對磷酸鐵鋰電池組性能影響磷酸鐵鋰電池組作為純電動車的核心能源存儲單元，其性能表現(xiàn)直接關(guān)系到整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。而散熱技術(shù)作為影響電池組性能的關(guān)鍵因素之一，其設(shè)計(jì)和優(yōu)化對于提升電池組性能具有至關(guān)重要的意義。散熱技術(shù)主要影響磷酸鐵鋰電池組的溫度控制。電池在工作過程中會產(chǎn)生熱量，如果熱量不能有效散發(fā)，將會導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度升高，進(jìn)而影響電池的充放電性能。散熱技術(shù)的優(yōu)劣直接決定了電池組的散熱效率，從而影響電池組的工作溫度范圍。散熱技術(shù)還影響磷酸鐵鋰電池組的循環(huán)壽命。電池在充放電過程中，由于內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)和熱量積累，會導(dǎo)致電池結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變化，這種變化在循環(huán)往復(fù)中逐漸累積，最終影響電池的壽命。有效的散熱技術(shù)可以降低電池內(nèi)部的溫度波動，減少電池結(jié)構(gòu)的微小變化，從而延長電池的循環(huán)壽命。散熱技術(shù)還影響磷酸鐵鋰電池組的安全性。電池溫度過高或過低都可能導(dǎo)致電池出現(xiàn)熱失控、燃爆等安全隱患。優(yōu)秀的散熱技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的溫度狀態(tài)，并在必要時(shí)采取散熱措施，防止電池溫度過高，從而保障電池組的安全性。散熱技術(shù)對磷酸鐵鋰電池組性能的影響是全方位的，包括溫度控制、循環(huán)壽命和安全性等方面。因此，研究和優(yōu)化散熱技術(shù)，對于提升磷酸鐵鋰電池組的整體性能，以及推動純電動車的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)價(jià)值。六、結(jié)論與展望本研究針對純電動車用磷酸鐵鋰電池組的散熱問題進(jìn)行了深入探討。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們得出以下磷酸鐵鋰電池在工作過程中產(chǎn)生的熱量對其性能和使用壽命具有顯著影響。過高的溫度會導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)加速，縮短電池壽命，甚至可能引發(fā)安全問題。通過優(yōu)化電池組結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及使用高效的散熱材料，可以顯著提升磷酸鐵鋰電池組的散熱效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的電池組在持續(xù)高負(fù)荷工作條件下，仍能保持良好的散熱性能，電池溫度穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)。在本研究中，我們還發(fā)現(xiàn)電池組散熱效果與車輛行駛環(huán)境、駕駛習(xí)慣等因素密切相關(guān)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況調(diào)整散熱策略，以達(dá)到最佳的散熱效果。隨著純電動車市場的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的不斷進(jìn)步，對磷酸鐵鋰電池組散熱性能的要求也越來越高。未來，我們需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：進(jìn)一步優(yōu)化電池組結(jié)構(gòu)和熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高散熱效率，以滿足更高性能的電池需求。研究新型散熱材料和技術(shù)，如使用相變材料、液冷技術(shù)等，以提高電池組的散熱能力和穩(wěn)定性。結(jié)合車輛智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電池組散熱的智能控制和優(yōu)化，以適應(yīng)不同環(huán)境和駕駛條件下的散熱需求。加強(qiáng)電池組散熱性能與電池壽命、安全性能等方面的綜合研究，為純電動車的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。純電動車用磷酸鐵鋰電池組散熱研究是一個(gè)持續(xù)發(fā)展的領(lǐng)域，需要不斷探索和創(chuàng)新。我們期待通過未來的研究，為純電動車的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。參考資料：磷酸鐵鋰電池，是一種使用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，碳作為負(fù)極材料的鋰離子電池，單體額定電壓為2V，充電截止電壓為6V~65V。充電過程中，磷酸鐵鋰中的部分鋰離子脫出，經(jīng)電解質(zhì)傳遞到負(fù)極，嵌入負(fù)極碳材料；同時(shí)從正極釋放出電子，自外電路到達(dá)負(fù)極，維持化學(xué)反應(yīng)的平衡。放電過程中，鋰離子自負(fù)極脫出，經(jīng)電解質(zhì)到達(dá)正極，同時(shí)負(fù)極釋放電子，自外電路到達(dá)正極，為外界提供能量。磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、安全性能好、自放電率小、無記憶效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。在LiFePO4的晶體結(jié)構(gòu)中，氧原子呈六方緊密堆積排列。PO43-四面體和FeO6八面體構(gòu)成晶體的空間骨架，Li和Fe占據(jù)八面體空隙，而P占據(jù)四面體空隙，其中Fe占據(jù)八面體的共角位置，Li占據(jù)八面體的共邊位置。FeO6八面體在晶體的bc面上相互連接，b軸方向上的LiO6八面體結(jié)構(gòu)相互連接成鏈狀結(jié)構(gòu)。1個(gè)FeO6八面體與2個(gè)LiO6八面體和1個(gè)PO43-四面體共棱。由于FeO6共邊八面體網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)，致使不能形成電子導(dǎo)電；同時(shí)，PO43-四面體限制了晶格的體積變化，影響了Li+的脫嵌和電子擴(kuò)散，導(dǎo)致LiFePO4正極材料電子導(dǎo)電率和離子擴(kuò)散效率極低。LiFePO4電池的理論比容量較高（約為170mAh/g），放電平臺是4V。Li+在正負(fù)兩極之間往返脫-嵌實(shí)現(xiàn)充放電，充電時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，Li+從正極遷出，經(jīng)電解液嵌入負(fù)極，鐵從Fe2+變成Fe3+，發(fā)生氧化反應(yīng)。磷酸鐵鋰電池左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4材料構(gòu)成的正極，由鋁箔與電池正極連接。右邊是由碳（石墨）組成的電池負(fù)極，由銅箔與電池的負(fù)極連接。中間是聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開，鋰離子可以通過隔膜而電子不能通過隔膜。電池內(nèi)部充有電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。磷酸鐵鋰電池的充放電反應(yīng)是在LiFePO4和FePO4兩相之間進(jìn)行。在充電過程中，LiFePO4逐漸脫離出鋰離子形成FePO4，在放電過程中，鋰離子嵌入FePO4形成LiFePO4。電池充電時(shí)，鋰離子從磷酸鐵鋰晶體遷移到晶體表面，在電場力的作用下，進(jìn)入電解液，然后穿過隔膜，再經(jīng)電解液遷移到石墨晶體的表面，而后嵌入石墨晶格中。與此同時(shí)，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向正極的鋁箔集電極，經(jīng)極耳、電池正極柱、外電路、負(fù)極極柱、負(fù)極極耳流向電池負(fù)極的銅箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體流到石墨負(fù)極，使負(fù)極的電荷達(dá)至平衡。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)化成磷酸鐵。電池放電時(shí)，鋰離子從石墨晶體中脫嵌出來，進(jìn)入電解液，然后穿過隔膜，經(jīng)電解液遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后重新嵌入到磷酸鐵鋰的晶格內(nèi)。與此同時(shí)，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向負(fù)極的銅箔集電極，經(jīng)極耳、電池負(fù)極柱、外電路、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體流到磷酸鐵鋰正極，使正極的電荷達(dá)至平衡。鋰離子嵌入到磷酸鐵晶體后，磷酸鐵轉(zhuǎn)化為磷酸鐵鋰。據(jù)報(bào)道，2018年量產(chǎn)的方形鋁殼磷酸鐵鋰電池單體能量密度在160Wh/kg左右，2019年一些優(yōu)秀的電池廠家大概能做到175-180Wh/kg的水平，個(gè)別厲害的廠家采用疊片工藝、容量做得大些，或能做到185Wh/kg。磷酸鐵鋰電池正極材料電化學(xué)性能比較穩(wěn)定，這決定了它具有著平穩(wěn)的充放電平臺，因此，在充放電過程中電池的結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，不會燃燒爆炸，并且即使在短路、過充、擠壓、針刺等特殊條件下，仍然是非常安全的。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，而對于儲能市場要求達(dá)到4000-5000次以上，保證8-10年的使用壽命，高于三元電池1000多次的循環(huán)壽命，而長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右。磷酸鐵鋰的合成工藝已基本完善，主要分為固相法和液相法。其中以高溫固相反應(yīng)法最為常用，也有研究者將固相法中的微波合成法及液相法中的水熱合成法結(jié)合使用——微波水熱法。另外，磷酸鐵鋰的合成方法還包括仿生法、冷卻干燥法、乳化干燥法、脈沖激光沉積法等，通過選擇不同的方法，合成粒度小、分散性能好的產(chǎn)物，可以有效縮短Li+的擴(kuò)散路徑，兩相間的接觸面積增大，Li+的擴(kuò)散速度加快。我國《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出“我國新能源汽車發(fā)展的總體目標(biāo)是：到2020年，新能源汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量達(dá)到500萬輛，我國節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界前列”。磷酸鐵鋰電池由于其在安全性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于乘用車、客車、物流車、低速電動車等，雖然，在當(dāng)前新能源乘用車領(lǐng)域，受國家對新能源汽車補(bǔ)貼政策影響，憑借能量密度的優(yōu)勢，三元電池占據(jù)著主導(dǎo)地位，但是磷酸鐵鋰電池仍在客車、物流車等領(lǐng)域占據(jù)不可替代的優(yōu)勢?？蛙囶I(lǐng)域，磷酸鐵鋰電池在2018年第5批、第6批、第7批《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》（以下簡稱《目錄》）中占比約為76%、81%、78%，依舊保持主流。專用車領(lǐng)域，磷酸鐵鋰電池在2018年第5批、第6批、第7批《目錄》中占比分別約30%、32%、40%，應(yīng)用比例逐步增加。中國工程院院士楊裕生認(rèn)為，將磷酸鐵鋰電池用于增程式電動汽車市場，不但能提高車輛的安全性，還能支持增程式電動汽車的市場化，免除純電動汽車的里程、安全、價(jià)格、充電、后續(xù)電池問題等焦慮。在2007年-2013年期間，許多車企都上馬了增程式純電動汽車的項(xiàng)目。啟動型磷酸鐵鋰電池除具備動力鋰電池特性外，還具備瞬間大功率輸出能力，用能量小于一度電的功率型鋰電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉛酸電池，用BSG電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的啟動電機(jī)和發(fā)電機(jī)，不但具有怠速啟停功能，還具有發(fā)動機(jī)停機(jī)滑行、滑行與制動能量回收、加速助力和電巡航功能。磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應(yīng)、綠色環(huán)保等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，并且支持無級擴(kuò)展，適合于大規(guī)模電能儲存，在可再生能源發(fā)電站發(fā)電安全并網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)峰、分布式電站、UPS電源、應(yīng)急電源系統(tǒng)等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。根據(jù)國際市場研究機(jī)構(gòu)GTMResearch近日發(fā)布的最新儲能報(bào)告顯示，2018年中國的電網(wǎng)側(cè)儲能項(xiàng)目的應(yīng)用卻使磷酸鐵鋰電池用量持續(xù)增加。隨著儲能市場的興起，近年來，一些動力電池企業(yè)紛紛布局儲能業(yè)務(wù)，為磷酸鐵鋰電池開拓新的應(yīng)用市場。一方面，磷酸鐵鋰由于超長壽命、使用安全、大容量、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，可向儲能領(lǐng)域轉(zhuǎn)移將會延長價(jià)值鏈條，推動全新商業(yè)模式的建立。另一方面，磷酸鐵鋰電池配套的儲能系統(tǒng)已經(jīng)成為市場的主流選擇。據(jù)報(bào)告，磷酸鐵鋰電池已經(jīng)嘗試用于電動公交車、電動卡車、用戶側(cè)以及電網(wǎng)側(cè)調(diào)頻。1風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電安全并網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電自身所固有的隨機(jī)性、間歇性和波動性等特征，決定了其規(guī)?；l(fā)展必然會對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來顯著影響。隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是我國的多數(shù)風(fēng)電場屬于“大規(guī)模集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送”，大型風(fēng)力發(fā)電場并網(wǎng)發(fā)電對大電網(wǎng)的運(yùn)行和控制提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。光伏發(fā)電受環(huán)境溫度、太陽光照強(qiáng)度和天氣條件的影響，光伏發(fā)電呈現(xiàn)隨機(jī)波動的特點(diǎn)。我國呈現(xiàn)出“分散開發(fā)，低電壓就地接入”和“大規(guī)模開發(fā)，中高電壓接入”并舉的發(fā)展態(tài)勢，這就對電網(wǎng)調(diào)峰和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提出了更高要求。因此，大容量儲能產(chǎn)品成為解決電網(wǎng)與可再生能源發(fā)電之間矛盾的關(guān)鍵因素。磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)具有工況轉(zhuǎn)換快、運(yùn)行方式靈活、效率高、安全環(huán)保、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，在國家風(fēng)光儲輸示范工程中開展了工程應(yīng)用，將有效提高設(shè)備效率，解決局部電壓控制問題，提高可再生能源發(fā)電的可靠性和改善電能質(zhì)量，使可再生能源成為連續(xù)、穩(wěn)定的供電電源。隨著容量和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，集成技術(shù)的不斷成熟，儲能系統(tǒng)成本將進(jìn)一步降低，經(jīng)過安全性和可靠性的長期測試，磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)有望在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電安全并網(wǎng)及提高電能質(zhì)量方面得到廣泛應(yīng)用。2電網(wǎng)調(diào)峰。電網(wǎng)調(diào)峰的主要手段一直是抽水蓄能電站。由于抽水蓄能電站需建上、下兩個(gè)水庫，受地理?xiàng)l件限制較大，在平原地區(qū)不容易建設(shè)，而且占地面積大，維護(hù)成本高。采用磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)取代抽水蓄能電站，應(yīng)對電網(wǎng)尖峰負(fù)荷，不受地理?xiàng)l件限制，選址自由，投資少、占地少，維護(hù)成本低，在電網(wǎng)調(diào)峰過程中將發(fā)揮重要作用。3分布式電站。大型電網(wǎng)自身的缺陷，難以保障電力供應(yīng)的質(zhì)量、效率、安全可靠性要求。對于重要單位和企業(yè)，往往需要雙電源甚至多電源作為備份和保障。磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)可以減少或避免由于電網(wǎng)故障和各種意外事件造成的斷電，在保證醫(yī)院、銀行、指揮控制中心、數(shù)據(jù)處理中心、化學(xué)材料工業(yè)和精密制造工業(yè)等安全可靠供電方面發(fā)揮重要作用。4UPS電源。中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展帶來的UPS電源用戶需求分散化，使得更多的行業(yè)和更多的企業(yè)對UPS電源產(chǎn)生了持續(xù)的需求。磷酸鐵鋰電池相對于鉛酸電池，具有循環(huán)壽命長、安全穩(wěn)定、綠色環(huán)保、自放電率小等優(yōu)點(diǎn)，隨著集成技術(shù)的不斷成熟，成本的不斷降低，磷酸鐵鋰電池在UPS電源蓄電池方面將得到廣泛應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池因其良好的循環(huán)使用壽命、安全性、低溫性能等優(yōu)勢，在軍事領(lǐng)域也得到的廣泛的應(yīng)用。2018年10月10日，山東某電池企業(yè)強(qiáng)勢亮相首屆青島軍民融合科技創(chuàng)新成果展，展出了包括-45℃軍用超低溫電池等軍工產(chǎn)品。磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，并且支持無級擴(kuò)展，組成儲能系統(tǒng)后可進(jìn)行大規(guī)模電能儲存。磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)由磷酸鐵鋰電池組、電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS）、換流裝置（整流器、逆變器）、中央監(jiān)控系統(tǒng)、變壓器等組成。充電階段，間歇式電源或電網(wǎng)為儲能系統(tǒng)進(jìn)行充電，交流電經(jīng)過整流器后整流為直流電向儲能電池模塊進(jìn)行充電，儲存能量；放電階段，儲能系統(tǒng)向電網(wǎng)或負(fù)載進(jìn)行放電，儲能電池模塊的直流電經(jīng)過逆變器逆變?yōu)榻涣麟?，通過中央監(jiān)控系統(tǒng)控制逆變輸出，可實(shí)現(xiàn)向電網(wǎng)或負(fù)載提供穩(wěn)定功率輸出。一般來說，電動車退役磷酸鐵鋰電池仍有接近80%的容量剩余，距離60%徹底報(bào)廢容量下限仍有20%的容量，可用于比汽車電能要求更低的場合，如低速電動車、通訊基站等，實(shí)現(xiàn)廢舊電池的梯次利用。從汽車上退役下來的磷酸鐵鋰電池仍有較高的利用價(jià)值。動力電池的梯次利用流程如下：企業(yè)回收退役電池—拆解—檢測分級—按容量分類—電池模塊重組。在電池制備水平下，廢舊磷酸鐵鋰電池的剩余能量密度可以達(dá)到60~90Wh/kg，再循環(huán)壽命可以達(dá)到400~1000次，隨電池制備水平的提高，再循環(huán)壽命還可能進(jìn)一步提升，與能量為45Wh/kg、循環(huán)壽命約500次的鉛酸電池相比，廢舊磷酸鐵鋰電池仍然具有性能優(yōu)勢。而且廢舊磷酸鐵鋰電池成本較低，僅為4000~10000元/t，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。自電動車行業(yè)發(fā)展以來，中國是全球磷酸鐵鋰最大的消費(fèi)市場。尤其是2012—2013年以近200%的速率在增長，2013年中國磷酸鐵鋰的銷量約為5797t，占全球銷量的50%以上。2014年，75%的磷酸鐵鋰正極材料銷售到中國，磷酸鐵鋰電池的理論壽命為7～8年（以7年計(jì)算），可預(yù)計(jì)到2021年將有約9400t的磷酸鐵鋰報(bào)廢，如此龐大的廢棄量如若不加以處理，帶來的不僅僅是環(huán)境污染，更是能源浪費(fèi)以及經(jīng)濟(jì)損失。磷酸鐵鋰電池中含有的LiPF有機(jī)碳酸酯、銅等化學(xué)物質(zhì)均在國家危險(xiǎn)廢物名錄中。LiPF6有強(qiáng)烈的腐蝕性，遇水易分解產(chǎn)生HF；有機(jī)溶劑及其分解和水解產(chǎn)物會對大氣、水、土壤造成嚴(yán)重的污染，并對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害；銅等重金屬在環(huán)境中累積，最終通過生物鏈危害人類自身；磷元素一旦進(jìn)入湖泊等水體，極易造成水體富營養(yǎng)化。由此可見，如若對廢棄的磷酸鐵鋰電池不加以回收利用，對環(huán)境及人類健康都是極大危害?，F(xiàn)有的資料表明，廢舊磷酸鐵鋰電池的回收處理分為兩種：一種是回收金屬，另一種是再生磷酸鐵鋰正極材料。此類工藝以回收鋰為主，因磷酸鐵鋰不含有貴金屬，故對鈷酸鋰的回收工藝進(jìn)行改造。首先將磷酸鐵鋰電池拆解得到正極材料，粉碎篩分得到粉料；之后將堿溶液加入到粉料中，溶解鋁及鋁的氧化物，過濾得到含鋰、鐵等的濾渣；將濾渣用硫酸與雙氧水（還原劑）的混合溶液浸出，得到浸出液；加堿沉淀氫氧化鐵，過濾得到濾液；灼燒氫氧化鐵，可得氧化鐵；最后調(diào)節(jié)浸出液的pH值（0～0），過濾浸出液得濾液，加固體碳酸鈉濃縮結(jié)晶得碳酸鋰。單一回收某種元素使得不含有貴重金屬的磷酸鐵鋰回收產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益比較低。因此，主要是固相法再生磷酸鐵鋰處理廢舊磷酸鐵鋰電池，此工藝具有很高的回收效益，且資源的綜合利用率高。首先將磷酸鐵鋰電池拆解得到正極材料，粉碎篩分得粉料；之后熱處理去除殘留的石墨和粘結(jié)劑，再將堿溶液加入到粉料中，溶解鋁及鋁的氧化物；過濾得含鋰、鐵等的濾渣，分析濾渣中鐵、鋰、磷的摩爾比，添加鐵源、鋰源和磷源，將鐵、鋰、磷的摩爾比調(diào)整為1∶1∶1；加入碳源，球磨后在惰性氣氛中煅燒得到新的磷酸鐵鋰正極材料。國家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃和“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃均將磷酸鐵鋰電池劃分為重點(diǎn)支持領(lǐng)域，但該電池生產(chǎn)技術(shù)要求比較嚴(yán)格，導(dǎo)致電池價(jià)格較高，僅用于電動摩托車和少量的汽車上。因此，車用動力電池尚未出現(xiàn)大批量報(bào)廢的情況，系統(tǒng)專業(yè)的車用動力電池回收利用體系亦尚未建立?，F(xiàn)有的回收體系存在一定的問題，而且回收效率低下。大量的廢舊電池分散在國民手中，但是民眾沒有投放的地方，因而隨著生活垃圾一起處理，從而使得從個(gè)人中回收的報(bào)廢電池幾乎為零，絕大部分回收的是生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料或者是庫存舊料，回收到的大型動力電池?cái)?shù)量更是少之又少。專門回收電池的系統(tǒng)國內(nèi)尚未建立，主要是小作坊的粗放式收集。我國是鋰離子電池的生產(chǎn)及消費(fèi)大國，但由于人口眾多，使得電池人均保有量相對較少。長久以來回收公司對不具有回收價(jià)值的單個(gè)鋰離子電池并未進(jìn)行回收。企業(yè)欲從事廢舊電池的回收與處理，必須按照《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》和《危險(xiǎn)廢物經(jīng)驗(yàn)許可證管理辦法》的規(guī)定申請危險(xiǎn)廢物經(jīng)營許可證，但是能達(dá)到大規(guī)模回收資質(zhì)的企業(yè)并不多，反而是那些規(guī)模小、技術(shù)低下的公司數(shù)量眾多，造成電池?zé)o法集中收集的難題。大量的磷酸鐵鋰材料應(yīng)用于動力或儲能電池正極，需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通小型電池，對其進(jìn)行回收具有很高的社會價(jià)值，但回收成本較高，且磷酸鐵鋰電池中不含有貴重金屬，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。長期以來，我國對于廢舊電池回收利用方面的宣傳教育很少，致使公民缺乏對于廢舊電池污染危害的深入認(rèn)識，沒有形成自覺回收的意識。退役磷酸鐵鋰電池中不具備梯次利用價(jià)值的電池及梯次利用后的電池最終要進(jìn)入到拆解回收階段。磷酸鐵鋰電池與三元材料電池不同的是，不含重金屬，回收主要是Li、P、Fe，回收產(chǎn)物附加值較低，需要開發(fā)低成本的回收路線。主要有火法和濕法2種回收方式。傳統(tǒng)的火法回收一般是高溫焚燒電極片，將電極碎片中的碳和有機(jī)物燃燒掉，不能被燃燒掉的剩余灰分最終經(jīng)篩選得到含有金屬和金屬氧化物的細(xì)粉狀材料。該法工藝簡單，但處理流程長，有價(jià)金屬綜合回收率較低。改進(jìn)后的火法回收技術(shù)是通過煅燒去除有機(jī)粘結(jié)劑，使磷酸鐵鋰粉末與鋁箔片分離，獲得磷酸鐵鋰材料，之后再在其中加入適量原料以得到所需的鋰、鐵、磷的摩爾比，經(jīng)高溫固相法合成新的磷酸鐵鋰。據(jù)成本測算，磷酸鐵鋰廢舊電池經(jīng)改進(jìn)后的火法干法回收，可實(shí)現(xiàn)盈利，但按此回收工藝新制備的磷酸鐵鋰雜質(zhì)多，性能不穩(wěn)定。濕法回收主要是通過酸堿溶液溶解磷酸鐵鋰電池中的金屬離子，進(jìn)一步利用沉淀、吸附等方式將溶解的金屬離子以氧化物、鹽等形式提取出來，反應(yīng)過程中多數(shù)使用H2SONaOH和H2O2等試劑。濕法回收工藝簡單，設(shè)備要求不高，適合工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，是學(xué)者們研究的最多，也是國內(nèi)主流的廢舊鋰離子電池處理路線。磷酸鐵鋰電池濕法回收以回收正極為主。采用濕法工藝回收磷酸鐵鋰正極時(shí)，首先要將鋁箔集流體與正極活性物質(zhì)分離。方法之一是采用堿液溶解集流體，而活性物質(zhì)不與堿液反應(yīng)，可以通過過濾獲得活性物質(zhì)。方法之二是用有機(jī)溶劑溶解粘結(jié)劑PVDF，使磷酸鐵鋰正極材料與鋁箔脫離，鋁箔重新利用，活性物質(zhì)可進(jìn)行后續(xù)的處理，有機(jī)溶劑可經(jīng)過蒸餾處理，實(shí)現(xiàn)其循環(huán)使用。兩種方法相比，第二種更環(huán)保安全。正極中磷酸鐵鋰的回收一種是生成碳酸鋰。此種回收方式成本較低，被多數(shù)磷酸鐵鋰回收企業(yè)所采納，但磷酸鐵鋰的主要成分磷酸鐵（含量95%）沒有被回收，造成資源浪費(fèi)。較理想的濕法回收方式為將廢舊磷酸亞鐵鋰正極材料轉(zhuǎn)化為鋰鹽和磷酸鐵，實(shí)現(xiàn)Li、Fe、P的全元素回收。磷酸亞鐵鋰要想變成鋰鹽和磷酸鐵，需要將亞鐵氧化為三價(jià)鐵，采用酸浸或堿浸將鋰浸出。有學(xué)者采用氧化煅燒分離出鋁片及磷酸鐵鋰，之后經(jīng)硫酸浸出、分離得到粗磷酸鐵，溶液除雜用碳酸鈉沉淀成碳酸鋰；濾液蒸發(fā)結(jié)晶得到無水硫酸鈉產(chǎn)品作為副產(chǎn)物出售；粗磷酸鐵進(jìn)一步精制得到電池級磷酸鐵，可以用于磷酸鐵鋰材料的制備。該工藝經(jīng)過多年的研究，已經(jīng)相對成熟。2022年上半年，我國動力電池裝車量1吉瓦時(shí)，同比增長8%。其中三元電池裝車量占比4%，同比增長2%；磷酸鐵鋰電池裝車量占比5%，同比增長7%。隨著全球?qū)Νh(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的日益，電動汽車的需求和度也在迅速增長。其中，磷酸鐵鋰電池作為一種重要的電池類型，在電動汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文將對純電動汽車磷酸鐵鋰電池的性能進(jìn)行研究和分析。在電池制造中，正極材料的選擇至關(guān)重要，它直接影響了電池的性能和壽命。磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料具有高能量密度、良好的安全性和長壽命等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常優(yōu)秀的電動汽車電池正極材料。負(fù)極材料方面，通常采用石墨或鈦酸鋰等材料，它們具有高能量效率和良好的循環(huán)性能。為了研究磷酸鐵鋰電池的性能，我們采用了多種實(shí)驗(yàn)方法，包括電池電壓穩(wěn)定性測試、循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)和放電性能測試等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磷酸鐵鋰電池具有優(yōu)異的性能。在電壓穩(wěn)定性方面，磷酸鐵鋰電池表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性和一致性，能夠在高溫和低溫條件下穩(wěn)定工作。在循環(huán)壽命方面，磷酸鐵鋰電池經(jīng)過多次充放電后，容量保持率仍能達(dá)到90%以上。在放電性能方面，磷酸鐵鋰電池具有高能量密度和良好的功率輸出。然而，磷酸鐵鋰電池也存在一些優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。磷酸鐵鋰電池的安全性較高，對高溫、短路和過充等異常情況具有較好的防御能力。但是，磷酸鐵鋰電池的制造成本相對較高，影響了它的廣泛應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池的低溫性能還有待提高。展望未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們相信磷酸鐵鋰電池將會在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。為了進(jìn)一步推動其發(fā)展，需要采取有效的措施解決當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。例如，通過提高生產(chǎn)效率和降低原材料成本來降低總體制造成本，同時(shí)加強(qiáng)電池的低溫性能和快速充電技術(shù)的研究和應(yīng)用。純電動汽車磷酸鐵鋰電池是一種具有重要應(yīng)用前景的電池類型。它的優(yōu)異性能和良好安全性使得電動汽車搭載磷酸鐵鋰電池成為一種理想選擇。雖然當(dāng)前磷酸鐵鋰電池仍面臨制造成本較高和低溫性能有待提高等問題，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和解決措施的實(shí)施，磷酸鐵鋰電池在未來將會得到更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。磷酸鐵鋰電池，是一種使用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，碳作為負(fù)極材料的鋰離子電池，單體額定電壓為2V，充電截止電壓為6V~65V。充電過程中，磷酸鐵鋰中的部分鋰離子脫出，經(jīng)電解質(zhì)傳遞到負(fù)極，嵌入負(fù)極碳材料；同時(shí)從正極釋放出電子，自外電路到達(dá)負(fù)極，維持化學(xué)反應(yīng)的平衡。放電過程中，鋰離子自負(fù)極脫出，經(jīng)電解質(zhì)到達(dá)正極，同時(shí)負(fù)極釋放電子，自外電路到達(dá)正極，為外界提供能量。磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、安全性能好、自放電率小、無記憶效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。在LiFePO4的晶體結(jié)構(gòu)中，氧原子呈六方緊密堆積排列。PO43-四面體和FeO6八面體構(gòu)成晶體的空間骨架，Li和Fe占據(jù)八面體空隙，而P占據(jù)四面體空隙，其中Fe占據(jù)八面體的共角位置，Li占據(jù)八面體的共邊位置。FeO6八面體在晶體的bc面上相互連接，b軸方向上的LiO6八面體結(jié)構(gòu)相互連接成鏈狀結(jié)構(gòu)。1個(gè)FeO6八面體與2個(gè)LiO6八面體和1個(gè)PO43-四面體共棱。由于FeO6共邊八面體網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)，致使不能形成電子導(dǎo)電；同時(shí)，PO43-四面體限制了晶格的體積變化，影響了Li+的脫嵌和電子擴(kuò)散，導(dǎo)致LiFePO4正極材料電子導(dǎo)電率和離子擴(kuò)散效率極低。LiFePO4電池的理論比容量較高（約為170mAh/g），放電平臺是4V。Li+在正負(fù)兩極之間往返脫-嵌實(shí)現(xiàn)充放電，充電時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，Li+從正極遷出，經(jīng)電解液嵌入負(fù)極，鐵從Fe2+變成Fe3+，發(fā)生氧化反應(yīng)。磷酸鐵鋰電池左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4材料構(gòu)成的正極，由鋁箔與電池正極連接。右邊是由碳（石墨）組成的電池負(fù)極，由銅箔與電池的負(fù)極連接。中間是聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開，鋰離子可以通過隔膜而電子不能通過隔膜。電池內(nèi)部充有電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。磷酸鐵鋰電池的充放電反應(yīng)是在LiFePO4和FePO4兩相之間進(jìn)行。在充電過程中，LiFePO4逐漸脫離出鋰離子形成FePO4，在放電過程中，鋰離子嵌入FePO4形成LiFePO4。電池充電時(shí)，鋰離子從磷酸鐵鋰晶體遷移到晶體表面，在電場力的作用下，進(jìn)入電解液，然后穿過隔膜，再經(jīng)電解液遷移到石墨晶體的表面，而后嵌入石墨晶格中。與此同時(shí)，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向正極的鋁箔集電極，經(jīng)極耳、電池正極柱、外電路、負(fù)極極柱、負(fù)極極耳流向電池負(fù)極的銅箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體流到石墨負(fù)極，使負(fù)極的電荷達(dá)至平衡。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)化成磷酸鐵。電池放電時(shí)，鋰離子從石墨晶體中脫嵌出來，進(jìn)入電解液，然后穿過隔膜，經(jīng)電解液遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后重新嵌入到磷酸鐵鋰的晶格內(nèi)。與此同時(shí)，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向負(fù)極的銅箔集電極，經(jīng)極耳、電池負(fù)極柱、外電路、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體流到磷酸鐵鋰正極，使正極的電荷達(dá)至平衡。鋰離子嵌入到磷酸鐵晶體后，磷酸鐵轉(zhuǎn)化為磷酸鐵鋰。據(jù)報(bào)道，2018年量產(chǎn)的方形鋁殼磷酸鐵鋰電池單體能量密度在160Wh/kg左右，2019年一些優(yōu)秀的電池廠家大概能做到175-180Wh/kg的水平，個(gè)別厲害的廠家采用疊片工藝、容量做得大些，或能做到185Wh/kg。磷酸鐵鋰電池正極材料電化學(xué)性能比較穩(wěn)定，這決定了它具有著平穩(wěn)的充放電平臺，因此，在充放電過程中電池的結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，不會燃燒爆炸，并且即使在短路、過充、擠壓、針刺等特殊條件下，仍然是非常安全的。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，而對于儲能市場要求達(dá)到4000-5000次以上，保證8-10年的使用壽命，高于三元電池1000多次的循環(huán)壽命，而長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右。磷酸鐵鋰的合成工藝已基本完善，主要分為固相法和液相法。其中以高溫固相反應(yīng)法最為常用，也有研究者將固相法中的微波合成法及液相法中的水熱合成法結(jié)合使用——微波水熱法。另外，磷酸鐵鋰的合成方法還包括仿生法、冷卻干燥法、乳化干燥法、脈沖激光沉積法等，通過選擇不同的方法，合成粒度小、分散性能好的產(chǎn)物，可以有效縮短Li+的擴(kuò)散路徑，兩相間的接觸面積增大，Li+的擴(kuò)散速度加快。我國《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出“我國新能源汽車發(fā)展的總體目標(biāo)是：到2020年，新能源汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量達(dá)到500萬輛，我國節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界前列”。磷酸鐵鋰電池由于其在安全性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于乘用車、客車、物流車、低速電動車等，雖然，在當(dāng)前新能源乘用車領(lǐng)域，受國家對新能源汽車補(bǔ)貼政策影響，憑借能量密度的優(yōu)勢，三元電池占據(jù)著主導(dǎo)地位，但是磷酸鐵鋰電池仍在客車、物流車等領(lǐng)域占據(jù)不可替代的優(yōu)勢?？蛙囶I(lǐng)域，磷酸鐵鋰電池在2018年第5批、第6批、第7批《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》（以下簡稱《目錄》）中占比約為76%、81%、78%，依舊保持主流。專用車領(lǐng)域，磷酸鐵鋰電池在2018年第5批、第6批、第7批《目錄》中占比分別約30%、32%、40%，應(yīng)用比例逐步增加。中國工程院院士楊裕生認(rèn)為，將磷酸鐵鋰電池用于增程式電動汽車市場，不但能提高車輛的安全性，還能支持增程式電動汽車的市場化，免除純電動汽車的里程、安全、價(jià)格、充電、后續(xù)電池問題等焦慮。在2007年-2013年期間，許多車企都上馬了增程式純電動汽車的項(xiàng)目。啟動型磷酸鐵鋰電池除具備動力鋰電池特性外，還具備瞬間大功率輸出能力，用能量小于一度電的功率型鋰電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉛酸電池，用BSG電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的啟動電機(jī)和發(fā)電機(jī)，不但具有怠速啟停功能，還具有發(fā)動機(jī)停機(jī)滑行、滑行與制動能量回收、加速助力和電巡航功能。磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應(yīng)、綠色環(huán)保等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，并且支持無級擴(kuò)展，適合于大規(guī)模電能儲存，在可再生能源發(fā)電站發(fā)電安全并網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)峰、分布式電站、UPS電源、應(yīng)急電源系統(tǒng)等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。根據(jù)國際市場研究機(jī)構(gòu)GTMResearch近日發(fā)布的最新儲能報(bào)告顯示，2018年中國的電網(wǎng)側(cè)儲能項(xiàng)目的應(yīng)用卻使磷酸鐵鋰電池用量持續(xù)增加。隨著儲能市場的興起，近年來，一些動力電池企業(yè)紛紛布局儲能業(yè)務(wù)，為磷酸鐵鋰電池開拓新的應(yīng)用市場。一方面，磷酸鐵鋰由于超長壽命、使用安全、大容量、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，可向儲能領(lǐng)域轉(zhuǎn)移將會延長價(jià)值鏈條，推動全新商業(yè)模式的建立。另一方面，磷酸鐵鋰電池配套的儲能系統(tǒng)已經(jīng)成為市場的主流選擇。據(jù)報(bào)告，磷酸鐵鋰電池已經(jīng)嘗試用于電動公交車、電動卡車、用戶側(cè)以及電網(wǎng)側(cè)調(diào)頻。1風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電安全并網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電自身所固有的隨機(jī)性、間歇性和波動性等特征，決定了其規(guī)模化發(fā)展必然會對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來顯著影響。隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是我國的多數(shù)風(fēng)電場屬于“大規(guī)模集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送”，大型風(fēng)力發(fā)電場并網(wǎng)發(fā)電對大電網(wǎng)的運(yùn)行和控制提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。光伏發(fā)電受環(huán)境溫度、太陽光照強(qiáng)度和天氣條件的影響，光伏發(fā)電呈現(xiàn)隨機(jī)波動的特點(diǎn)。我國呈現(xiàn)出“分散開發(fā)，低電壓就地接入”和“大規(guī)模開發(fā)，中高電壓接入”并舉的發(fā)展態(tài)勢，這就對電網(wǎng)調(diào)峰和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提出了更高要求。因此，大容量儲能產(chǎn)品成為解決電網(wǎng)與可再生能源發(fā)電之間矛盾的關(guān)鍵因素。磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)具有工況轉(zhuǎn)換快、運(yùn)行方式靈活、效率高、安全環(huán)保、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，在國家風(fēng)光儲輸示范工程中開展了工程應(yīng)用，將有效提高設(shè)備效率，解決局部電壓控制問題，提高可再生能源發(fā)電的可靠性和改善電能質(zhì)量，使可再生能源成為連續(xù)、穩(wěn)定的供電電源。隨著容量和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，集成技術(shù)的不斷成熟，儲能系統(tǒng)成本將進(jìn)一步降低，經(jīng)過安全性和可靠性的長期測試，磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)有望在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電安全并網(wǎng)及提高電能質(zhì)量方面得到廣泛應(yīng)用。2電網(wǎng)調(diào)峰。電網(wǎng)調(diào)峰的主要手段一直是抽水蓄能電站。由于抽水蓄能電站需建上、下兩個(gè)水庫，受地理?xiàng)l件限制較大，在平原地區(qū)不容易建設(shè)，而且占地面積大，維護(hù)成本高。采用磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)取代抽水蓄能電站，應(yīng)對電網(wǎng)尖峰負(fù)荷，不受地理?xiàng)l件限制，選址自由，投資少、占地少，維護(hù)成本低，在電網(wǎng)調(diào)峰過程中將發(fā)揮重要作用。3分布式電站。大型電網(wǎng)自身的缺陷，難以保障電力供應(yīng)的質(zhì)量、效率、安全可靠性要求。對于重要單位和企業(yè)，往往需要雙電源甚至多電源作為備份和保障。磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)可以減少或避免由于電網(wǎng)故障和各種意外事件造成的斷電，在保證醫(yī)院、銀行、指揮控制中心、數(shù)據(jù)處理中心、化學(xué)材料工業(yè)和精密制造工業(yè)等安全可靠供電方面發(fā)揮重要作用。4UPS電源。中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展帶來的UPS電源用戶需求分散化，使得更多的行業(yè)和更多的企業(yè)對UPS電源產(chǎn)生了持續(xù)的需求。磷酸鐵鋰電池相對于鉛酸電池，具有循環(huán)壽命長、安全穩(wěn)定、綠色環(huán)保、自放電率小等優(yōu)點(diǎn)，隨著集成技術(shù)的不斷成熟，成本的不斷降低，磷酸鐵鋰電池在UPS電源蓄電池方面將得到廣泛應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池因其良好的循環(huán)使用壽命、安全性、低溫性能等優(yōu)勢，在軍事領(lǐng)域也得到的廣泛的應(yīng)用。2018年10月10日，山東某電池企業(yè)強(qiáng)勢亮相首屆青島軍民融合科技創(chuàng)新成果展，展出了包括-45℃軍用超低溫電池等軍工產(chǎn)品。磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，并且支持無級擴(kuò)展，組成儲能系統(tǒng)后可進(jìn)行大規(guī)模電能儲存。磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)由磷酸鐵鋰電池組、電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS）、換流裝置（整流器、逆變器）、中央監(jiān)控系統(tǒng)、變壓器等組成。充電階段，間歇式電源或電網(wǎng)為儲能系統(tǒng)進(jìn)行充電，交流電經(jīng)過整流器后整流為直流電向儲能電池模塊進(jìn)行充電，儲存能量；放電階段，儲能系統(tǒng)向電網(wǎng)或負(fù)載進(jìn)行放電，儲能電池模塊的直流電經(jīng)過逆變器逆變?yōu)榻涣麟姡ㄟ^中央監(jiān)控系統(tǒng)控制逆變輸出，可實(shí)現(xiàn)向電網(wǎng)或負(fù)載提供穩(wěn)定功率輸出。一般來說，電動車退役磷酸鐵鋰電池仍有接近80%的容量剩余，距離60%徹底報(bào)廢容量下限仍有20%的容量，可用于比汽車電能要求更低的場合，如低速電動車、通訊基站等，實(shí)現(xiàn)廢舊電池的梯次利用。從汽車上退役下來的磷酸鐵鋰電池仍有較高的利用價(jià)值。動力電池的梯次利用流程如下：企業(yè)回收退役電池—拆解—檢測分級—按容量分類—電池模塊重組。在電池制備水平下，廢舊磷酸鐵鋰電池的剩余能量密度可以達(dá)到60~90Wh/kg，再循環(huán)壽命可以達(dá)到400~1000次，隨電池制備水平的提高，再循環(huán)壽命還可能進(jìn)一步提升，與能量為45Wh/kg、循環(huán)壽命約500次的鉛酸電池相比，廢舊磷酸鐵鋰電池仍然具有性能優(yōu)勢。而且廢舊磷酸鐵鋰電池成本較低，僅為4000~10000元/t，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。自電動車行業(yè)發(fā)展以來，中國是全球磷酸鐵鋰最大的消費(fèi)市場。尤其是2012—2013年以近200%的速率在增長，2013年中國磷酸鐵鋰的銷量約為5797t，占全球銷量的50%以上。2014年，75%的磷酸鐵鋰正極材料銷售到中國，磷酸鐵鋰電池的理論壽命為7～8年（以7年計(jì)算），可預(yù)計(jì)到2021年將有約9400t的磷酸鐵鋰報(bào)廢，如此龐大的廢棄量如若不加以處理，帶來的不僅僅是環(huán)境污染，更是能源浪費(fèi)以及經(jīng)濟(jì)損失。磷酸鐵鋰電池中含有的LiPF有機(jī)碳酸酯、銅等化學(xué)物質(zhì)均在國家危險(xiǎn)廢物名錄中。LiPF6有強(qiáng)烈的腐蝕性，遇水易分解產(chǎn)生HF；有機(jī)溶劑及其分解和水解產(chǎn)物會對大氣、水、土壤造成嚴(yán)重的污染，并對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害；銅等重金屬在環(huán)境中累積，最終通過生物鏈危害人類自身；磷元素一旦進(jìn)入湖泊等水體，極易造成水體富營養(yǎng)化。由此可見，如若對廢棄的磷酸鐵鋰電池不加以回收利用，對環(huán)境及人類健康都是極大危害?，F(xiàn)有的資料表明，廢舊磷酸鐵鋰電池的回收處理分為兩種：一種是回收金屬，另一種是再生磷酸鐵鋰正極材料。此類工藝以回收鋰為主，因磷酸鐵鋰不含有貴金屬，故對鈷酸鋰的回收工藝進(jìn)行改造。首先將磷酸鐵鋰電池拆解得到正極材料，粉碎篩分得到粉料；之后將堿溶液加入到粉料中，溶解鋁及鋁的氧化物，過濾得到含鋰、鐵等的濾渣；將濾渣用硫酸與雙氧水（還原劑）的混合溶液浸出，得到浸出液；加堿沉淀氫氧化鐵，過濾得到濾液；灼燒氫氧化鐵，可得氧化鐵；最后調(diào)節(jié)浸出液的pH值（0～0），過濾浸出液得濾液，加固體碳酸鈉濃縮結(jié)晶得碳酸鋰。單一回收某種元素使得不含有貴重金屬的磷酸鐵鋰回收產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益比較低。因此，主要是固相法再生磷酸鐵鋰處理廢舊磷酸鐵鋰電池，此工藝具有很高的回收效益，且資源的綜合利用率高。首先將磷酸鐵鋰電池拆解得到正極材料，粉碎篩分得粉料；之后熱處理去除殘留的石墨和粘結(jié)劑，再將堿溶液加入到粉料中，溶解鋁及鋁的氧化物；過濾得含鋰、鐵等的濾渣，分析濾渣中鐵、鋰、磷的摩爾比，添加鐵源、鋰源和磷源，將鐵、鋰、磷的摩爾比調(diào)整為1∶1∶1；加入碳源，球磨后在惰性氣氛中煅燒得到新的磷酸鐵鋰正極材料。國家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃和“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃均將磷酸鐵鋰電池劃分為重點(diǎn)支持領(lǐng)域，但該電池生產(chǎn)技術(shù)要求比較嚴(yán)格，導(dǎo)致電池價(jià)格較高，僅用于電動摩托車和少量的汽車上。因此，車用動力電池尚未出現(xiàn)大批量報(bào)廢的情況，系統(tǒng)專業(yè)的車用動力電池回收利用體系亦尚未建立?，F(xiàn)有的回收體系存在一定的問題，而且回收效率低下。大量的廢舊電池分散在國民手中，但是民眾沒有投放的地方，因而隨著生活垃圾一起處理，從而使得從個(gè)人中回收的報(bào)廢電池幾乎為零，絕大部分回收的是生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料或者是庫存舊料，回收到的大型動力電池?cái)?shù)量更是少之又少。專門回收電池的系統(tǒng)國內(nèi)尚未建立，主要是小作坊的粗放式收集。我國是鋰離子電池的生產(chǎn)及消費(fèi)大國，但由于人口眾多，使得電池人均保有量相對較少。長久以來回收公司對不具有回收價(jià)值的單個(gè)鋰離子電池并未進(jìn)行回收。企業(yè)欲從事廢舊電池的回收與處理，必須按照《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》和《危險(xiǎn)廢物經(jīng)驗(yàn)許可證管理辦法》的規(guī)定申請危險(xiǎn)廢物經(jīng)營許可證，但是能達(dá)到大規(guī)模回收資質(zhì)的企業(yè)并不多，反而是那些規(guī)模小、技術(shù)低下的公司數(shù)量眾多，造成電池?zé)o法集中收集的難題。大量的磷酸鐵鋰材料應(yīng)用于動力或儲能電池正極，需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通小型電池，對其進(jìn)行回收具有很高的社會價(jià)值，但回收成本較高，且磷酸鐵鋰電池中不含有貴重金屬，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。長期以來，我國對于廢舊電池回收利用方面的宣傳教育很少，致使公民缺乏對于廢舊電池污染危害的深入認(rèn)識，沒有形成自覺回收的意識。退役磷酸鐵鋰電池中不具備梯次利用價(jià)值的電池及梯次