如鋰電工程要求避免引入“銅鐵鋅”，幾乎是行業內眾所周知的原則，但金屬雜質的影響機理是怎樣，銅鐵鋅到底哪壹個危害更大，很多人壹時答不上。
我想用幾篇文章，將我遇到的疑問解答壹番，說不定偶有幾點能解工程同行的惑。
此為第壹篇。
現在我正在壹家大型的磷酸鐵鋰正極材料廠施工，就從磷酸鐵鋰說起吧。
三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，是目前電動汽車最常用的兩種鋰離子動力電池，占所有裝機量的95%以上。前者能量密度高，續航能力強；後者安全性好，成本低。
磷酸鐵鋰（LiFePO4）的準確化學名稱應是磷酸亞鐵鋰，因為鐵的化合價壹般是+2價和+3價。+2價是亞鐵離子，+3價是鐵離子。LiFePO4裏的鐵顯+2價，所以應念磷酸亞鐵鋰，壹般稱磷酸鐵鋰。
下次如果妳想裝壹下，可以這樣開場“我們這條磷酸亞鐵鋰生產線......”
最近幾年的趨勢是三元電池市場份額壹路攀升，磷酸鐵鋰則相應下滑，不過短短數月，行業變天，輿論大呼，三元鋰電或被判死刑？
我梳理了下幾個關鍵節點，看看都有哪些重量級的公司或機構在給磷酸鐵鋰擡轎子。
特斯拉： 2月19日，特斯拉宣布自主研發不含鈷的電池，以大家對特斯拉的超高期待，不免都激動的猜測，到底是什麽黑科技，結果人家說的就是磷酸鐵鋰。據悉，23萬起售的磷酸鐵鋰版本的Model 3年內上市，妳要不要來壹輛。 磷酸鐵鋰行情就此引燃。
比亞迪： 3月29日，比亞迪發布“刀片電池”，本質依然還是磷酸鐵鋰，只是用CTP（Cell to PACK，是電芯直接集成為電池包，從而省去了中間模組環節）的思路提高了成組效率，變相提升了成組後的能量密度。這件事的意義可比為全世界人民縫口罩來得大， 之前還沒有誰這麽討巧的壹攬子解決電動車的續航、成本、安全性問題。
工信部： 5月12日，工業信息化部發布了三項強制性國家標準，每個都強制規定電動車的電池熱失控後，5分鐘內不能起火、不能爆炸，為乘員預留安全逃生時間。2021年1月1日起開始實施。 磷酸鐵鋰高呼：皇上英明，三元電池只能委屈巴巴：臣妾做不到啊。
太陽能能量密度低，曬在身上頂多出汗，核能的能量密度高，壹小塊爆炸就天崩地裂，這種能量密度的對比，我們有生活經驗，感覺得到。
但磷酸鐵鋰憑什麽比三元材料能量密度低呢，如果還是憑生活經驗， 我們難免會這麽覺得，上帝是公平的，磷酸鐵鋰更便宜，壹分錢壹分貨吧。
有壹種說法是，磷酸鐵鋰的晶體結構是穩定的橄欖石結構，但是成也結構敗也結構，這也會讓充放電過程中鋰離子不好移動（可以理解為房間裏塞滿了奇形怪狀的石頭，鋰離子在裏面進出礙手礙腳），最直觀的表現就是，電池容量低。但這種定性的判斷還是不能讓我滿意。
我試著從質量能量密度的公式入手，推導下看看誰起決定作用。
能量密度 是指單位質量或單位體積的電池所給出的能量，也稱為比能量。
這裏我們用單位質量的能量密度，即質量能量密度的計算公式。
其中，電池平均工作電壓，兩者差不太多，磷酸鐵鋰是3.4V，三元是3.6V，簡單起見，假設相同。 質量能量密度與質量比容量近似成正比。
理論質量比容量 ，是假定單位質量的材料中鋰離子全部參與電化學反應所能夠提供的容量。
其中，電極反應時的得失電子數，兩者為1。於是理論質量比容量與材料的摩爾質量成反比。 近似的，質量能量密度與材料的摩爾質量成反比。
摩爾質量指1mol微粒的質量，在數值上等於該物質的相對分子質量。對壹種確定了分子式的物質，摩爾質量是個定值。
磷酸鐵鋰的摩爾質量是157.76g/mol，計算出理論質量比容量是170mA.h/g。三元材料的摩爾質量根據鎳鈷錳三種元素的比例不同稍有不同，如NCM(1:1:1)(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)摩爾質量為96.461g/mol，計算出理論質量比容量是278mA.h/g。
材料的分子式確定了能量密度的理論上限。磷酸鐵鋰的摩爾質量大於三元材料這壹無法改變的化學特性，決定了磷酸鐵鋰的能量密度永遠不能超過三元材料。
刀片結構說到底是壹種結構創新，是前文提到的CTP（Cell to PACK）技術的壹種。
這裏再詳細解釋下，壹般電動汽車上搭載的電池包，由電芯（Cell）組裝成為模組（Module），再把模組安裝電池包（Pack）裏，形成了“電芯-模組-電池包”的三級裝配模式。而CTP是電芯直接集成為電池包，從而省去了中間模組環節。
有行業專家用壹個形象的比喻進行了解釋： 把皮鞋放進鞋盒，鞋盒放入鞋櫃，皮鞋就相當於電池，鞋盒是模組，鞋櫃則是電池包。鞋盒存在的目的是為了讓鞋櫃中的鞋可以井然有序地存放。無模組技術（如刀片結構）就是把“鞋盒”拿掉，依然讓“鞋子”整齊地排列在“鞋櫃”中。
於是我們自然會提出壹個問題，刀片結構可以用到其他電池材料上嗎？
答案是肯定的。刀片電池的結構創新不僅對鐵鋰材料適用，擴展到其他材料上也同樣有效，因此理論上也可以有三元刀片。只是因為本身三元鋰材料的安全性就比不上磷酸鐵鋰材料，尤其是大電芯無模組下的能量起伏會比現在的小電芯要更大，壹旦失效會產生更為嚴重的後果。
只要能系統的解決安全性問題，三元刀片和其他類型材料的刀片也有廣闊的應用空間，可以讓老司機們有更大的選擇空間，比如1000公裏續航的SUV。
我覺得不會。
就像前幾年，三元只是勢頭盛，但從沒有機會將鐵鋰逼上絕路。這次反過來也會是壹樣。
首先，大家各有各的應用場景，再不濟，3C數碼和電動工具還是首選三元材料的。
其次，技術是個動態進步的過程。解決安全性問題大家都沒停下腳步。
說到底，兩者是東邊不亮西邊亮，還遠沒到東風壓倒西風的局面。對於企業來說，兩條腿走路比壹條腿走路強。
朱科
2020年6月2日