磷酸铁锂LFP除了便宜，还有什么？

磷酸铁锂（LiFePO₄，简称LFP）电池作为锂离子电池家族中的一员，因其安全性高、寿命长和成本低等优势，近年来在电动汽车、储能系统等领域得到广泛应用。回看LFP在2022年的份额不到10%，但LFP专利在国内失效后，截止到2023年，LFP在锂电池正极材料市场份额高达66.1%。从刚开始国内主推LFP路径，国外选择三元(NCM)路线，到现在全球均在关注LFP的发展。在三元占据性能主导优势的情况下，是什么使得磷酸铁锂如此有魅力？我想用两个子概括：便宜！

LFP所有的性能和问题均围绕导电率（离子和电子）、颗粒大小和克容量发挥三点展开。拎出任意单一问题，解决方案都是非常好寻找，但将相互制衡的三个因素同时考虑，如何组合实现效益的最大化？成为电芯制造商的核心技术。

1.提高LFP导电率却带来新的问题

导电率：NCM电池由于其较高的锂扩散速率和电子迁移率，具有更高的功率和能量密度。NCM电池的锂离子可以在两个不同方向上移动，而LFP电池的锂离子只能沿一个方向移动。NCM的锂扩散系数比LFP快10000倍，电子迁移率比LFP快1000倍。

颗粒大小：LFP为了提高锂离子的迁移速率，通常会将颗粒纳米化来缩短离子迁移距离，纳米级的颗粒尺寸导致整体比表面积增加，因此LFP比NCM更容易吸收空气中的水分，LFP电池在生产过程中需要严格的湿度控制。当然使用高镍含量的三元材料则需要比LFP更加注重水分控制，否则NCM表面残碱容易过高。如果湿度控制不当，电池中的水分含量会增加，从而在充放电过程中产生副反应，这将加速电池性能的下降。此外，水分还会阻碍电池形成固态电解质界面（SEI）层，这也会导致电池性能更快下降。

颗粒尺寸还带来一个严重的问题：是浆料在搅拌工序过程的堵孔问题，缓解的办法有很多，但行业仍在等待一个更好的解决方案。

2.克容量发挥影响电极厚度，LFP的安全属性也不再安全

具有较薄正极的NCM电池可以达到与具有较厚正极的LFP电池相同的放电容量。此外，在相同的循环次数下，NCM电池的容量保持率也比LFP电池更高。在先前的文章电池续航和快充，为什么难以兼得？也提及过，能量发挥与极片厚度是有强相关性。
假设LFP的克容量发挥为157mAh/g，NCM为190mAh/g，两者压密分别为2.6和3.5g/cm³，其他辅材保持一致，要达到单位面积相同容量，则电极厚度上将相差1.68倍。这意味着LFP电池需要比NCM电池更多的正极材料来实现相同的电池容量。因此，LFP电池是非常需要将电池做大，通过提高封装效率来弥补材料本身的容量不足。电池做大又带来一个问题，LFP在材料层级上是安全于NCM，但大容量的电池本身就是不稳定因素，规避材料短板，同时也削弱了其安全属性。

3.稳定的充放电平台对BMS的挑战

充放电曲线：NCM电池的充电状态（SOC）与其电压水平显著相关；然而，LFP电池的SOC水平无法通过其电压水平轻易区分，只有在满充阶段或者低电量区间能够精准判断SOC状态，中间25%到98%区间电压呈现平台期，其充放电曲线较为平坦，随着SOC变化，电压变化不明显。

因此，NCM电池的SOC诊断相对准确，而LFP电池的SOC准确性则具有挑战性，通常是靠记录各个设备（电机、空调等）用多少电量来推断，精度相对较差。

三元的运气很差，它贵在原材料都很昂贵的时期，碳酸锂60万/吨，镍和钴材料还没有大规模开采，车企们难以负担；差又差在消费降级的时间段，各行各业都在追求极致成本，低价才是正确选择。它在贵的时候太贵，在便宜的时候又不够便宜。现在车企均会有两条发展路线，高性能的走三元道路，成本控制的走铁锂道路，没有孰是孰非，唯有权衡利弊。

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