锂电池工程师随便说说的行业知识——磷酸亚铁锂
比如锂电池工程中避免引入“铜、铁、锌”几乎是众所周知的原理，但金属杂质的影响机理是什么，哪种危害更大？很多人一时答不出来。
我想用几篇文章来回答我遇到的问题。也许我能偶尔解决工程同事的困惑。
这是第一条。
现在在磷酸亚铁锂一家大型正极材料厂工作，先从磷酸亚铁锂说起吧。
三元锂电池和磷酸铁锂电池是电动汽车最常用的两种锂离子动力电池，占全部装机容量的95%以上。前者能量密度高，续航能力强；后者安全性好，成本低。
磷酸亚铁锂确切的化学名应该是磷酸亚铁锂，因为铁的化合价一般是+2和+3。+2价是亚铁离子，+3价是铁离子。LiFePO4中的铁是化合价+2，所以我们应该读磷酸亚铁锂，俗称磷酸亚铁锂。
下次要装的话可以从“我们的磷酸亚铁锂生产线……”
近几年的趋势是三元电池市场份额一路上升，磷酸亚铁锂市场份额相应下降。然而短短几个月，行业巨变，舆论大呼，三元锂电池可能被判死刑？
我梳理了下几个关键节点，看看有哪些重量级的公司或机构在为磷酸亚铁锂抬轿子。
特斯拉:19年2月，特斯拉宣布自主研发无钴电池。带着对特斯拉的高期待，大家兴奋的猜测这是什么黑科技。结果，人们开始谈论磷酸亚铁锂。据悉，23万的磷酸亚铁锂版本车型将在三年内上市。你想要一个吗？磷酸亚铁锂市场由此点燃。
比亚迪:3月29日，比亚迪发布了“刀锋电池”，本质仍然是磷酸亚铁锂，但采用了CTP(Cell to PACK，省去了中间模块环节)的思路，提高了组效率，增加了组后能量密度。这件事的意义比给全世界人缝口罩都要大。之前还没有人用这么巧妙的包装解决过电动车的续航、成本、安全问题。
工信部:12年5月，工信部发布了三项强制性国家标准，每项标准都规定了电动车电池发热失控后，5分钟内不得着火或爆炸，为乘客预留安全逃生时间。从2021 1 1开始实施。磷酸亚铁锂大呼:皇上英明，三元电池只能委屈:臣妾不行。
太阳能的能量密度低，晒太阳你最多出汗。核能的能量密度高，一小块爆炸天就塌了。我们有生活经验，感受到这种能量密度的对比。
但是是什么让磷酸亚铁锂的能量密度比三元材料低呢？如果还是靠生活经验，难免会觉得上天是公平的，磷酸亚铁锂更便宜，所以付出就能得到。
有一种说法是磷酸亚铁锂的晶体结构是稳定的橄榄石结构，但这也是一种失效结构，在充放电过程中也会使锂离子难以移动(可以理解为房间里堆满奇形怪状的石头，锂离子进出其中)。最直观的表现就是电池容量低。但是这个定性的判断还是不能让我满意。
我试着从质量能量密度的公式入手，推导一下，看谁起决定作用。
能量密度是指单位质量或体积的电池所能提供的能量，也称为比能。
这里我们用单位质量的能量密度，也就是质量能量密度的计算公式。
其中，电池的平均工作电压，两者相差不太多，磷酸亚铁锂为3.4V，三元为3.6V，为简单起见，假设相同。质量能量密度大约与质量比容成正比。
理论质量比容量是假设单位质量的材料中所有锂离子都参与电化学反应所能提供的容量。
其中，电极反应过程中获得和损失的电子数为1。因此，理论质量比容与物质的摩尔质量成反比。近似地，质量能量密度与物质的摩尔质量成反比。
摩尔质量是指1mol粒子的质量，数值上等于该物质的相对分子质量。对于分子式确定的物质，摩尔质量是一个常数值。
磷酸亚铁锂的摩尔质量为157.76g/mol，理论比质量容量为170ma·h/g..三元材料的摩尔质量根据镍、钴、锰的比例略有不同。例如，NCM的摩尔质量(1:1)(lini 1/3co 1/3mn 1/3 O2)为96.465438。
材料的分子式决定了能量密度的理论上限。磷酸亚铁锂的摩尔质量大于三元材料，这是不可改变的化学特性，决定了磷酸亚铁锂的能量密度永远不可能超过三元材料。
归根结底，刀片结构是一种结构创新，是上面提到的CTP(Cell to PACK)技术之一。
这里我们将详细说明一般电动车上搭载的电池组是由电芯组装成模块，再将模块安装到电池组中，形成“电芯-模块-电池组”的三级组装模式。CTP是将电芯直接集成到电池组中，这样就省去了中间的模块环节。
有业内专家用一个形象的比喻解释:把皮鞋放进鞋盒，把鞋盒放进鞋柜，皮鞋相当于电池，鞋柜是模块，鞋柜是电池组。鞋盒的作用是让鞋柜里的鞋子保持整齐。模块化技术(如刀片结构)就是把“鞋盒”去掉，仍然把“鞋子”整齐地排列在“鞋柜”里。
所以我们自然会问一个问题，叶片结构可以用在其他电池材料上吗？
答案是肯定的。叶片电池的结构创新不仅适用于铁锂材料，对其他材料也有效，所以理论上可以有三元叶片。只是因为三元锂材料本身的安全性不如磷酸亚铁锂材料，尤其是没有模块的大电池能量波动会比现在的小电池更大，一旦失效，后果更严重。
只要能系统解决安全问题，三元叶片和其他材质的叶片也有广阔的应用空间，可以给老司机更多的选择，比如续航1000公里的SUV。
我觉得不会。
就像几年前，三元只是在蓄势待发，却始终没有机会把铁锂推到墙上。这次反过来也一样。
首先，每个人都有自己的应用场景。在最坏的情况下，3C数码和电动工具仍然是三元材料的首选。
其次，技术是一个动态进步的过程。大家都没有停下来解决安全问题。
说到底，东方不亮西方亮，远不是东风压倒西风的局面。对于企业来说，两条腿走路不如一条腿走路。
朱科
2020年6月2日