磷酸鐵鋰（LFP）

磷酸鐵鋰在大型鋰離子電池方面有著良好的商業化應用前景，但是在高技術領域由于性能欠缺而缺乏競爭力。其理論容量為170mAh/g，在沒有摻雜改性時其實際容量已高達110mAh/g。通過對LiFePO4進行表面修飾，其實際容量可高達165mAh/g，已經非常接近理論容量。工作電壓范圍為3.4V左右。

主要優點：高穩定性、安全性能好、環保性能較好、價格低廉。

主要缺點：（1）本征電子電導率非常低，LFP材料Li+的活化能只有約0.3～0.5eV，導致其Li+擴散系數只有約10-10～10-15cm2/s。極低的電子電導和離子擴散系數是LFP倍率性能不佳的主要原因。（2）LFP的振實密度較低，一般只能達到0.8-1.3g/cm3，材料納米化后，振實/壓實密度更低，低壓實密度必然會降低動力電池的能量密度。（3）工業化生產中二價鐵離子容易氧化或過度還原，惡化LFP的電化學性能。

發展趨勢：（1）運用納米合成技術，減小Li+擴散距離以改善其倍率性能；（2）制造碳包覆的LFP復合物，提高其電子電導；（3）采用顆粒球形化技術提高材料振實密度，從而提高LFP電池的能量密度；（4）摻雜其它金屬陽離子增強其電子電導和離子擴散系數。

三元材料（NCM/NCA）

NCA作為正極的電池容量較高，相應的穩定性較差，應用于特斯拉ModelS；NCM單體電芯能量密度相對于LFP和LMO電池有較大提升，將成為未來電動汽車的主流選擇。NCA材料容量在200mAh/g左右，NCM材料容量為160mAh/g左右，工作電壓平均為3.8V。

技術原理：綜合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三種材料的優點，由于Ni、Co和Mn之間存在明顯的協同效應，因此NMC的性能好于單一組分層狀正極材料。

主要優點：三元材料在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面有優勢。

主要缺點：（1）由于混排效應造成NMC首次充放電效率不高；（2）安全性問題比較突出，高溫存儲和循環性還有待提高；（3）鋰離子擴散系數和電子電導率低，使得材料的倍率性能不是很理想；（4）三元材料的壓實被其顆粒結構所限制，導致難以對電芯能量密度進行進一步的提升。

發展趨勢：（1）為了提高熱穩定性、循環性能或倍率性能等，通常對三元材料進行摻雜改性研究；（2）進行表面包覆，無機物表面包覆可以優化材料的循環性能；（3）優化生產工藝（降低表面殘堿含量、改善晶體結構完整性、減少材料中細粉的含量等）以提高產品品質。

磷酸鐵鋰材料與三元材料性能對比

三元材料在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面有優勢，安全性和循環性能方面則是磷酸鐵鋰優勢明顯。

充電性能：磷酸鐵鋰在30%～80%SOC是電壓變化較小，因此恒流充電容量/總容量比例與三元材料電池差距越明顯。

放電性能：相同體積電池，正極使用三元材料比使用磷酸鐵鋰材料放電容量高約20%，比能量高約37%，放電比功率高約40%。由于三元材料質量比容量、壓實密度均高于磷酸鐵鋰材料，所以使用三元材料電池放電有較大優勢。

循環性能：目前三元材料實驗室循環壽命在2500次左右，磷酸鐵鋰電池循環壽命在3500次以上，部分達到5000次以上。

總結：在選用電池時可根據不同用途選擇，如大巴車空間較大，對電池比能量和比功率要求相對較低，可選擇磷酸鐵鋰材料電池，發揮其循環性能好的特性，轎車空間有限，電池用量小，則選用高比能量與高比功率三元材料電池更為合適。