在日本，圍繞安全性優(yōu)于目前主流鋰離子電池的新一代電池——“全固體電池”的研發(fā)正不斷涌現(xiàn)成果。日本東北大學(xué)與豐田汽車將全固體電池的充電時(shí)間縮短到了傳統(tǒng)電池的10分之1。東北大學(xué)的其他研發(fā)團(tuán)隊(duì)則開發(fā)出輕量的全固體電池，并降低了工作溫度。另外，韓國(guó)三星電子也正在開發(fā)提高全固體電池使用壽命的技術(shù)。在日本國(guó)內(nèi)外，面向?qū)嵱没拈_發(fā)競(jìng)爭(zhēng)正日趨激烈。

作為鋰電池主要材料的電解液中含有容易著火的有機(jī)溶劑。而全固體電池使用固體電解質(zhì)而非液體電解液。由于鋰離子在不易燃燒的固體電解質(zhì)中移動(dòng)，因此將大幅提高安全性。雖然理論上相比使用電解液的電池，全固體電池的蓄電量更多、輸出功率也更大，但此前研發(fā)的全固體電池卻在性能上一直難以超過(guò)傳統(tǒng)電池，投入實(shí)用存在困難。

在研究中，日本東北大學(xué)的一杉太郎副教授等人關(guān)注到了電解質(zhì)和電極界面的問(wèn)題。通過(guò)使用真空裝置，并調(diào)整電池的制作方法，使電解質(zhì)和電極完美貼合。由于界面緊密貼合，鋰離子易于在電池中移動(dòng)。解決了固體電解質(zhì)和電極受縫隙和雜質(zhì)影響無(wú)法緊密貼合的課題。

在使用試制的全固體電池進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，充電時(shí)間從使用電解液的傳統(tǒng)電池所需的30分鐘以上縮短至3分鐘。如果將全固體電池用于純電動(dòng)汽車(EV)的電池，將實(shí)現(xiàn)快速充電。今后將與豐田和電池廠商共同推進(jìn)開發(fā)。

同為東北大學(xué)的折茂慎一教授和宇根本篤講師等人使用鋰和氫的化合物作為電解質(zhì)，將全固體電池的重量減輕了一半以上。此前研發(fā)的使用硫化物和氧化物作為電解質(zhì)的全固體電池要比使用電解液的電池更重。

使用鋰和氫的化合物后，存在只有在高溫環(huán)境下才能工作的問(wèn)題，但通過(guò)對(duì)電解質(zhì)的成分等進(jìn)行改進(jìn)，由原來(lái)的120攝氏度降低到了90攝氏度。今后的目標(biāo)是使該電池在室溫下實(shí)現(xiàn)正常工作。計(jì)劃與三菱瓦斯化學(xué)合作，力爭(zhēng)5年后作為純電動(dòng)車等配備的電池達(dá)到實(shí)用水平。

三星電子提高了使用硫化物的全固體電池的耐久性。反復(fù)充放電500次后仍可維持約80%的容量，已接近實(shí)用水平。此前存在反復(fù)充放電后容量急速減少的課題。但通過(guò)對(duì)正極的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心改進(jìn)，并在正極內(nèi)均勻分散容易通電的物質(zhì)，解決了這一課題。這一成果已在上個(gè)月于京都市舉辦的電池研討會(huì)上發(fā)布。

目前作為主流的鋰離子電池單位體積的輸出功率較高，蓄電量也大。主要用于便攜終端及純電動(dòng)車等。不過(guò)發(fā)熱可能導(dǎo)致破損，有觀點(diǎn)指出存在安全隱患。

新一代電池：配備現(xiàn)有鋰離子電池的純電動(dòng)汽車充滿一次電的行駛距離僅為200公里左右。而汽油車在加滿油的情況下可行駛約500公里。新一代電池的目標(biāo)是將性能提高到與汽油車等同等或以上的水平。還力爭(zhēng)提高安全性和耐久性，縮短充電時(shí)間。

目前正在開展研發(fā)的新一代電池除了全固體電池及鈉離子電池之外，還包括使用空氣中的氧實(shí)現(xiàn)輕量化的空氣電池、使用鎂離子等蓄電量較多的多價(jià)離子電池等。

和“全固體電池”類似，經(jīng)近幾年的電動(dòng)車實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，比亞迪鐵電池的安全性得到業(yè)界巨頭的肯定，但相比于“全固體電池”鐵電池有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢？

其實(shí)鋰電池只是一個(gè)統(tǒng)稱，如果按照其正極材料等進(jìn)行細(xì)分的話，還會(huì)有鈷酸鋰、錳酸鋰以及磷酸鐵鋰，下面結(jié)合鐵電池原理對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行闡述。

什么是磷酸鐵鋰電池

鋰離子電池內(nèi)部主要由正極、負(fù)極電解質(zhì)和隔膜組成，鋰離子電池的正、負(fù)極及電解質(zhì)根據(jù)所使用材料的不同，會(huì)使電池有著不同的性能表現(xiàn)以及不同的名稱。目前市面上比較常見的鋰電池分為鈷酸鋰（LiCoO2）和錳酸鋰（LiMn2O4），以及本篇文章中的主角——磷酸鐵鋰（LiFePO4）。

作為鋰電池的一種，磷酸鐵鋰主要用途就是動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域，比如電動(dòng)汽車、特種航天、電動(dòng)工具以及UPS，由于其有著出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性能以及較長(zhǎng)的使用壽命，所以更加適合用在動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域中使用。相比使用其他正極材料的鋰離子電池來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰電池至少具備五大優(yōu)點(diǎn)。

五大優(yōu)勢(shì)安全長(zhǎng)壽

相比目前市面上較為常見的鈷酸鋰和錳酸鋰電池來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰電池至少具有以下五大優(yōu)點(diǎn)：更高的安全性、更長(zhǎng)的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬（原材料成本低）、支持快速充電、工作溫度范圍廣。

更高的安全性

磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問(wèn)題，表現(xiàn)在磷酸根化學(xué)鍵的結(jié)合力比傳統(tǒng)的過(guò)度金屬氧化物結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵強(qiáng)，所以結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并且不易釋放氧氣。

更長(zhǎng)的使用壽命

目前市面上多數(shù)移動(dòng)電源內(nèi)部所使用的鋰離子電芯，循環(huán)使用壽命基本在500次-800次左右，而磷酸鐵鋰電池則有著至少2000次以上的使用壽命，并且其容量還能維持在80%以上。所以如果移動(dòng)電源內(nèi)部?jī)?chǔ)電單元為磷酸鐵鋰的產(chǎn)品，有著絕對(duì)的正常使用壽命優(yōu)勢(shì)。

不含任何重金屬和稀有金屬

磷酸鐵鋰電池正極材料中不含貴重金屬和稀有金屬，所以更加環(huán)保，能夠有效減少環(huán)境的污染。另外，廣泛的材料來(lái)源也讓其材料成本更低，在價(jià)格上更優(yōu)優(yōu)勢(shì)。

支持快速充電

在充電速度上，磷酸鐵鋰同樣有著更大的優(yōu)勢(shì)，支持快充的特性讓其可支持至少2C的充電速度（C為充電參數(shù)，比如容量為1000mAh的電芯，2C電流即為1000mA×2=2000mA）。能夠大幅度縮短充電時(shí)間。

工作溫度范圍廣

相比其他鋰電池來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰電池有著更大的工作溫度范圍，在-20°C至+75°C下均可正常工作，一些具有耐高溫特性的磷酸鐵鋰電池還可以在350°C至500°C范圍內(nèi)正常工作，相比錳酸鋰和鈷酸鋰的200°C極限值有著更多的優(yōu)勢(shì)。

所以，相比鈷酸鋰和錳酸鋰電池來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰最為明顯的優(yōu)勢(shì)就是極高的安全系數(shù)、支持快速充電（大電流充電）和更寬廣的工作溫度范圍。可以讓消費(fèi)者不必再為鋰電池的安全問(wèn)題而擔(dān)心的同時(shí)，也能夠在更加惡劣的環(huán)境中正常使用。不過(guò)，相比目前使用廣泛的鈷酸鋰和錳酸鋰電池來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰也存在著一些不足，請(qǐng)看下文。

三大缺點(diǎn)仍不完美

在簡(jiǎn)單介紹完磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)之后，再來(lái)讓我們看看目前存在的一些不足。主要分為振實(shí)密度低、存在一致性問(wèn)題和較高的制作成本三方面。

振實(shí)密度低

對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)，振實(shí)密度的大小能夠決定在相同容量下電池的體積大小，而較低的振實(shí)密度是目前磷酸鐵鋰電池需要亟待解決的一個(gè)缺點(diǎn)。相比鈷酸鋰和錳酸鋰來(lái)說(shuō)，相同容量的磷酸鐵鋰電池體積則要更大，這也就是為什么磷酸鐵鋰電池沒有在手機(jī)電池等領(lǐng)域興起的一個(gè)原因。

一致性問(wèn)題

雖然磷酸鐵鋰電池相比鈷酸鋰和錳酸鋰電池來(lái)說(shuō)，在壽命上有著絕對(duì)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。不過(guò)在電池組模式下時(shí)，其壽命會(huì)大幅降低。因?yàn)殡姵亟M是由大量單體電池通過(guò)串并的方式連接到一起的，如果整個(gè)電池組中有一個(gè)電池出現(xiàn)故障，那么更換則非常麻煩，這也就是為什么目前電動(dòng)汽車內(nèi)電池組標(biāo)稱的循環(huán)壽命同樣為500次的原因。

較高的制作成本

由于磷酸鐵鋰正極中的材料物理性能和其他鋰電池材料相差較大，粒度小，振實(shí)密度小等因素的影響，所以在制作工藝上的工藝要求較高，加上其標(biāo)稱電壓為3.2V，低于普通3.7V的鋰電池電壓，所以在制造整個(gè)電池組成本和相關(guān)制造設(shè)備和工藝上的要求要高于其他鋰電池。

除了以上介紹磷酸鐵鋰電池的三大弊端之后，還有一個(gè)潛在的問(wèn)題在阻礙磷酸鐵鋰電池的發(fā)展，就是正極材料的專利紛爭(zhēng)問(wèn)題。讓目前磷酸鐵鋰的整體成本要高于早已普及的鈷酸鋰和錳酸鋰電池。不過(guò)值得欣慰的是，近期其專利問(wèn)題已經(jīng)得到緩解。

前景廣闊

下表為磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰、鈷酸鋰電池的幾個(gè)比較明顯的數(shù)據(jù)對(duì)比，主要通過(guò)標(biāo)稱電壓、充放電壓范圍、體積比能量等幾大方面進(jìn)行對(duì)比。

總結(jié)：不管是磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰還是全固體電池，下一個(gè)發(fā)展方向不能只關(guān)心能量密度的提升，電池的安全性也是必須關(guān)注的，未來(lái)幾年電池大規(guī)模應(yīng)用于汽車后，這個(gè)問(wèn)題將會(huì)被凸現(xiàn)出來(lái)，研發(fā)機(jī)構(gòu)需要未雨綢繆，把這些隱患扼殺在搖籃里，避免電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)騰飛是陷入尷尬的境遇。