李方根
贵州开瑞科技有限（责任)公司，贵州 贵阳 551109
摘要：随着汽车工业的不断发展，环境污染和能源过度消耗已成为大众的共识。因此，大力发展新能源汽车成为解决此问题的途径之一。电动汽车是新能源汽车的重要组成，但却存在许多亟待解决的问题。动力蓄电池是电动汽车的动力源，目前许多蓄电池存在能量密度低、电动汽车续驶里程较短、电池一次充电速度较慢等问题。本文以磷酸铁锂动力电池为研究对象，重点研究其充电特性，为电动汽车的发展提供一定的理论依据。
关键词：新能源汽车；磷酸铁锂；性能
磷酸铁锂电池是目前我国主要发展的电动汽车动力电池。当动力电池容量下降到80％以下，单次充电难以满足电动车的续航里程要求，面临淘汰。随着电动汽车的快速发展，电动汽车动力电池的回收压力将不断增大。将电动汽车动力电池能够继续应用于对电池性能要求较低的场合，可以有效延长动力电池的使用寿命，降低动力电池的使用成本，对促进电动汽车的推广具有重要意义。
一、电动汽车发展现状
电动汽车是指以电能作为动力源来驱动电机的汽车，主要包括混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车三种类型。混合动力汽车是通过混合使用内燃机供给的热能和电池提供的电能，以降低燃油消耗和减少废气排放，节能效率可达15％．40％，但是其无法彻底摆脱对石油的依赖，并不能实现真正意义上的零排放，因此混合动力汽车只是一种过渡车型，应用推广受到限制；燃料电池汽车是以氢气为原料，通过燃料电池和动力蓄电池的电，电混合实现汽车的驱动，因其需要的大规模基础设施不完善且制氢成本高昂，目前燃料电池的产业化发展前景并不明朗；纯电动汽车是以车载电池为动力源，因其电力能源来源丰富，且能够真正实现零排放、无污染，受到市场青睐。
二、磷酸铁锂电池的组成
1、磷酸铁锂电池正极材料。由于国际能源危机的日益加剧，新能源汽车动力电池的研究也日益激烈。针对磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池的研究也越来越广泛，更重要的是磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池的应用范围不断增加，所以磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池正极材料的研究越来越受到重视。目前，磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池正极主要制备方法有碳热还原法，碳热还原法在抑制颗粒粒径生长、提高导电等方面具有优势[1]。磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池正极材料也存在着很多不足之处，比如：LiFePO4离子扩散率不高，所以其在特殊状况下的导电性能就比较差。为了增加正极材料的活性，最常用的方法是对其进行掺杂，常用的掺杂元素包括Mg，Ti，Cr，B，Al，Mn，Zr和La等。
2、磷酸铁锂电池负极材料。LiFePO4动力电池正极材料和负极材料的研究同步进行。正极材料的制备和固有缺陷问题渐渐被解决，负极材料的研究也在加快进行中。石墨是其常用的负极材料，层状结构，更有利于Li离子嵌入，且导电性能好。除石墨外，易石墨化碳（软碳）与难石墨化碳（硬碳）也可作为电池负极材料。除以C元素负极材料外，还有其他Li元素。过渡金属的化合物也是较为理想的负极材料。其中如Li的Co氮化物在用作负极材料后导电性能好得到了非常好的提升，钛酸锂（Li4Ti5O12）也可作为磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池的负极材料。
3、磷酸铁锂电池电解液。磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池的正负极材料是现今的研究重点之一，而电解液的研究却相对较为缓慢，常见的电解液为电解质溶剂、固态聚合物电解质、高电压（功率）电解液，以及高低温电解液等。磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池电解液采用电解液添加剂目的很明确，在于降低离子在其内部的分解、提高极端环境下的稳定性，其常用添加剂为含P化合物；而采用固态聚合物电解质的只要指向是提高电解质和正负极材料的接触效率，从而提高电池的性能；而采用高电压电解液和高温电解液，则分别可以提高动力电池的循环稳定性和耐久性。
三、磷酸铁锂电池充放电原理
目前，磷酸铁锂动力电池其单体理论比容量为170mAh/g，在具体生产中，产品实际比容量也已超过140mAh/g（25°C），在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上，由此可见，磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池具有很好基本特性和充放电性能。
1、磷酸铁锂电池充电原理。电池在充电时，正极的离子、电子得失如下：
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电池在充电时，其充入的能量可按下式计算：
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2、磷酸铁锂电池放电原理。电池在放电时，正极的离子、电子得失如下：
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随着时间的不断变化，磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池的放电电流也不断变化，变化中的参量可以通过积分来计算，所以其容量为：
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磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池在充电过程中，Li离子不断由从正极脱出，然后向负极移动；电量即将达到饱和时，Li离子几乎完全嵌到负极，形成过充电保护电压，对蓄电池的安全性的提高有很大帮助。
四、磷酸铁锂电池应用
磷酸铁锂电池是各种先进二次电池中产业链发展最为成熟的一种，也是最具有潜力的一种先进储能电池。磷酸铁锂电池的应用主要是移动应用和固定应用，移动应用主要用于电动交通工具和便携式电动工具，固定应用主要用于可再生能源发电安全并网，电网调峰，分布式电站和 UPS电源等领域。
1、移动应用方面。目前汽车尾气排放污染已经成为城市中的头号污染源。大力发展节能、环保的电动汽车替代传统燃油汽车，已成为了人们的共识。我国《节能与新能源汽车产业发展规划》中提到“我国新能源汽车发展，电动汽车科技发展“十三五”专项规划中指出将推动以锂离子动力电池为重点的车用动力电池产业发展，使其具有国际竞争力。磷酸铁锂电池具有体积小、重量轻、循环寿命长等优点，可以作为电动汽车、电动船舶等电动交通工具的理想供电电源。随着磷酸铁锂电池的不断推广应用，成本不断降低，性能不断提高，磷酸铁锂电池在便携式电动工具供电方面也将得到了广泛应用。
2、分布式电站。大型电网自身的缺陷，难以保障电力供应的质量、效率、安全可靠性要求。对于重要单位和企业，往往需要双电 源甚至多电源作为备份和保障。磷酸铁锂电池储能系统可以减少或避免由于电网故障和各种意外事件造成的断电，在保证医院、银行、指挥控制中心、数据处理中心、化学材料工业和精密制造工业等安全可靠供电方面发挥重要作用。
目前，磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池是新能源汽车动力蓄电池的重要选择之一，在对其进行更加深入的研究之后，发现不论其正负极材料、电解液，还是其SOC值的特点都具有先天的优势，其各项优秀性能也得到汽车制造商和产生厂家的广泛认可，不但在可再生能源储备领域可以广泛应用，而且在新能源的开发和制备领域也得到使用，其也是新能源汽车动力电池最佳的选择。
磷酸铁锂电池是各种先进二次电池中产业发展最成熟也是最具潜力的一种先进的储能电池。随着制造技术的日益成熟，成本不断降低，性能不断提高，磷酸铁锂电池将大大推动 我国新能源汽车的发展。随着磷酸铁锂电池储能系统规模化，其自身具有的工况转换快，运行方式灵活，循环寿命长，低维护成本低等特性，在实现电网削峰，提高系统运行稳定性和提高电能质量等方面有着广泛的应用。
参考文献：
［1］赵新兵，谢健.新型锂离子电池正极材料 LiFeP04 的研究进展［J］.机械工程学报，2017，43（1）：69-76.
［2］宋永华.电动汽车电池的现状及发展趋势［J］.电网技术，2018，35（4）：1-7.
［3］魏学哲，孙泽昌，田佳卿. 锂离子动力电池参数辨识与状态估计[J].同济大学学报（自然科学版），2018，36（2）: 25.