本文採用相同的電池殼蓋、負極材料及內部結構設計， 分別製作磷酸鐵鋰和三元兩種正極材料的電池， 比較兩種電池的比能量、比功率、迴圈、高低溫特性等性能， 對比分析兩種電池性能差異。
鋰離子電池經過30年的發展， 比能量、比功率等性能有較大的提高， 已成功應用於汽車上。 受電池比能量限制， 純電動汽車續航里程有限， 是制約發展的瓶頸， 國外汽車廠近期規劃以開發混合動力汽車為主。 目前應用於鋰離子電池的正極材料主要有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元材料等材料， 目前使用的功率型電池正極主要選用磷酸鐵鋰和三元兩種材料。
1 實驗
1.1 實驗材料選擇
正極材料磷酸鐵鋰和鎳鈷錳配比為1∶1∶1 的三元材料， 負極選用MCMB， 電解液選用EC、PC、EMC 和DEC 組成的混合溶劑， 電解質為LiPF6 作為鋰鹽， 隔膜選用單層PP25 μm。
1.2 多孔膜電極與複合薄膜電極的製備
採用方形鋁殼LP2770102 電池的殼、蓋及內部相同的多極耳捲繞結構， 按照電池製作工藝分別製作正極材料為磷酸鐵鋰和三元材料的兩種電池。 得到磷酸鐵鋰電池平均容量、內阻、品質分別為7.2 Ah、1.06 mΩ、361 g；三元材料平均電池8.6 Ah、1.12 mΩ、360 g。
1.3 分析與測試
測試條件為：三元材料電池充放電電壓控制範圍為2.5~4.2 V， 1 C =7.5 A， 磷酸鐵鋰材料電池充放電電壓控制範圍為2.0～3.65 V， 1 C =6.5 Ah， 無特殊說明測試溫度為(25±2)℃。
2 結果與討論
2.1 放電性能測試
從圖1 與表1 可得出， 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19.4%， 比能量高37.5%， 放電比功率高39.7%。 由於三元材料品質比容量、壓實密度均高於磷酸鐵鋰材料， 所以使用三元材料電池放電有較大優勢。
（a）三元材料電池放電曲線
(b)磷酸鐵鋰電池放電曲線
表1 電池放電資料
2.2 充電性能比較
從圖2 和表2 可見， 三元材料電池與磷酸鐵鋰材料電池在不大於10 C 充電時， 恒流充電容量/ 總容量比例無明顯差距， 10 C 以上倍率充電時， 磷酸鐵鋰電池恒流充電容量/ 總容量比例較小，
（a）三元材料電池充電曲線
（b）磷酸鐵鋰電池充電曲線
表2 電池的充電資料
2.3 迴圈性能比較
圖3 中三元材料電池迴圈3 900 次剩餘容量66%， 磷酸鐵鋰電池迴圈5 000 次剩餘容量84%， 迴圈壽命比三元材料電池， 磷酸鐵鋰電池優勢明顯。 按照剩餘容量/ 初始容量=80%作為測試結束點， 目前三元材料電池實驗室1 C 迴圈壽命在2 500 次左右，
電池迴圈曲線
2.4 不同溫度放電測試
不同溫度電池的放電比較如圖4 所示。 在55 ℃條件下放電， 三元材料電池與磷酸鐵鋰在常溫下比較， 放電容量都沒有差別， －20 ℃條件下放電， 三元材料電池放電容量/ 常溫容量比例比磷酸鐵鋰電池高15%， 如表3 所示。
（a）三元材料電池不同溫度放電曲線
（b）磷酸鐵鋰電池不同溫度放電曲線
表3 電池的放電資料
3 結論
本文通過製作相同結構的電池，得出三元材料與磷酸鐵鋰材料在HEV 電池應用優缺點，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，迴圈性能方面則是磷酸鐵鋰材料優勢明顯，在安全方面磷酸鐵鋰電池也優於三元材料。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，發揮其迴圈性能好的特性，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。
如表3 所示。
（a）三元材料電池不同溫度放電曲線
（b）磷酸鐵鋰電池不同溫度放電曲線
表3 電池的放電資料
3 結論
本文通過製作相同結構的電池，得出三元材料與磷酸鐵鋰材料在HEV 電池應用優缺點，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，迴圈性能方面則是磷酸鐵鋰材料優勢明顯，在安全方面磷酸鐵鋰電池也優於三元材料。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，發揮其迴圈性能好的特性，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。