磷酸铁锂电池及电芯保护的未来：拓展至电动自行车和储能系统领域

科技正在改变我们的日常生活

智能手机、电动自行车（e-bike）和光伏系统等技术创新都是由电池供电的。其中，磷酸铁锂（LFP）电池因其安全性、长循环寿命和成本效益而受到关注。它们克服了传统锂离子（LIB）电池中的许多问题，在建设更加可持续的能源社会中发挥着关键作用。因此，磷酸铁锂电池越来越多地用于越来越多的应用——从电动自行车到可再生能源存储系统 （ESS） 再到消费设备。

本文探讨了磷酸铁锂电池的基本原理、市场增长潜力、应用，并介绍了 Dexerials 的自控保护器 (SCP)，一种二级保护解决方案。

什么是磷酸铁锂电池？

磷酸铁锂（LFP）电池是一种锂离子电池（LIB），它以磷酸铁锂（LiFePO4）为正极材料，具有优异的安全性和长寿命。其应用范围正在不断扩大，涵盖电动汽车（EV）、电动自行车等交通运输领域以及可再生能源储能系统（ESS）。磷酸铁锂电池有望在构建更可持续的能源社会中发挥关键作用。

磷酸铁锂电池最早于1997年由美国德克萨斯大学的研究人员在一篇论文中报道。它们因其高热稳定性和低起火风险而备受赞誉。然而，由于其能量密度低于采用镍锰钴（NMC）或镍锰铝（NMA）化合物基正极材料的锂离子电池（LIBs），当时的商业化进程并不顺利。21世纪初，一家加拿大公司通过应用纳米技术和碳涂层技术提高了电池性能。然而，高昂的制造成本和专利许可限制阻碍了其大规模生产。

随着中国的崛起，这种情况发生了巨大变化。自2010年代以来，中国一直是磷酸铁锂电池的主要生产国。获得加拿大公司专利授权的中国电池制造商，利用丰富的原材料和政府对电动汽车行业的大力支持，实现了低成本、大规模生产。由于磷酸铁锂电池不需要钴、镍等稀有金属，因此非常适合中国低成本的电动汽车市场。由此，中国制造商凭借成本优势和规模经济迅速在全球市场占据主导地位。而在欧洲，高能量密度电池仍然占据主导地位，磷酸铁锂电池的普及程度有限。

然而，关键磷酸铁锂电池专利于2022年到期，促使欧美制造商迅速将重心转向磷酸铁锂电池。出于对钴和镍供应风险的担忧、减少对中国依赖的努力以及电动汽车日益普及的推动，欧美企业目前正致力于在国内生产磷酸铁锂电池。

磷酸铁锂电池为何如此受欢迎？下一代电池面临哪些挑战？

磷酸铁锂电池作为一种克服锂离子电池局限性的新替代方案，正受到越来越多的关注，因为它为与锂离子电池技术相关的三个主要问题提供了创新的解决方案。

实现更高的安全性

锂离子电池（LIB）的电解液中使用易燃有机溶剂，存在火灾隐患。相比之下，磷酸铁锂（LFP）电池采用磷酸铁锂作为正极材料，其化学结构稳定，热稳定性高，在过热或受到物理冲击时，可降低起火或爆炸的风险。全球范围内，电动汽车和配备锂离子电池的储能系统（ESS）偶有起火事故发生，这促使业界更加关注电池安全。因此，磷酸铁锂电池因其热失控风险低且适用于大型电池系统，正日益受到青睐。

提高能量密度

电池单位重量的储电量（能量密度）与电动自行车的续航里程和储能系统的能量效率直接相关。因此，提高能量密度是开发下一代电池面临的最关键挑战之一。最初，磷酸铁锂电池的能量密度低于锂离子电池。然而，技术创新在不影响安全性的前提下，不断提升了磷酸铁锂电池的能量密度。

减少对稀有金属的依赖，从而降低对环境的影响

低温多晶体电池的制造无需依赖稀有金属，如镍和钴，因为稀有金属的来源国有限。因此，它们有助于避免生产商特有的风险，如政治不稳定和资源限制，同时还能减少稀有金属开采对环境的影响。这有助于开发更具可持续性的电池技术。此外，LFP 电池的充放电循环寿命是 LIB 的两倍多，从而降低了处置和回收成本。

下面比较的是磷酸铁锂电池和锂离子电池（镍锰钴型和镍锰铝型）。

磷酸铁锂电池市场的潜在增长

预计到 2030 年，全球磷酸铁锂电池市场将以约 20% 的复合年增长率 (CAGR) 增长。（来源：磷酸铁锂电池正在改变全球电动汽车市场格局 | EVBoosters）可再生能源存储、智能电网系统和移动出行应用领域的需求不断增长，正在推动这一增长。

与传统电池技术相比，磷酸铁锂电池使用的稀有金属更少，因此制造成本更低——尤其与镍钴锰酸锂电池相比。据估计，其市场价格比传统锂离子电池低30%。中国政府多年来推行的激励政策促进了储能系统的国内推广，加速了磷酸铁锂电池在国内市场的普及，随后又拓展至全球市场。

此外，包括北美移动出行领域主要制造商在内的全球企业已开始全面采用磷酸铁锂电池。展望未来，电池材料供应有限、磷酸铁锂电池技术日趋成熟，加之其安全性、成本效益和可持续性等优势，预计将进一步推动磷酸铁锂电池市场的增长。

磷酸铁锂电池的关键应用

截至 2025 年，磷酸铁锂电池的主要应用领域包括以下方面。

电动自行车（电自行车）

电动自行车市场渗透率正在迅速提升，尤其是在中国、欧洲和美国，新开发的车型越来越多地采用磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池热失控风险低，这在东南亚城市等炎热气候地区以及频繁碰撞的使用条件下尤为重要。此外，磷酸铁锂电池具有很高的日常充放电循环耐受性，这降低了电池更换频率，有助于长期节省成本。

磷酸铁锂电池的另一大优势在于其重量远轻于传统的铅酸电池。因此，配备磷酸铁锂电池的电动自行车续航里程更长，操控更便捷，从而提升用户满意度。由于磷酸铁锂电池在各种天气条件下都能保持稳定的性能，因此被认为在通勤和其他个人交通出行以及商业用途（例如配送服务）方面具有很高的可靠性，这也推动了其在企业中的广泛应用。这些优势预计将进一步提升市场对配备磷酸铁锂电池的电动自行车的需求，尤其是在城市交通领域。

可再生能源存储系统（ESS）

磷酸铁锂电池可为太阳能、风能和其他自然能源驱动的可再生能源系统提供稳定的储能。它们具有诸多优势，例如在恶劣环境条件下性能稳定，以及维护需求低。
据市场研究公司 Fastmarkets 称，储能系统 (ESS) 的整体需求预计将从 2022 年的 66 GWh 增长到 2023 年的 140 GWh，增长超过一倍，到 2033 年将达到约 840 GWh。磷酸铁锂电池预计将占总容量的约 87%，并有望成为可再生能源持续扩张的核心技术。
参考资料：Fastmarkets 指出，磷酸铁锂 (LFP) 的日益普及推动了化学品供应链透明度的提升。

备用电源系统（UPS）

在医院、数据中心和通信设施等关键基础设施中，磷酸铁锂电池正在得到广泛采用，因为它们可以作为高度可靠的备用电源。它们需要较少的更换和维护频率，从而节省长期成本。

海事和航海设备

磷酸铁锂电池（LFP电池）正日益广泛地应用于海上设备，例如游艇电气系统、拖钓马达、探鱼器、GPS接收器、导航仪器（如声呐）、自动气象浮标和海洋观测传感器等。与锂离子电池（NMC型）相比，磷酸铁锂电池具有更低的起火风险，是一种更安全、更可靠的电源，并且在振动和冲击等恶劣条件下也能保持稳定的性能。

笔记本电脑和家用电动工具

近期最引人注目的发展之一是，领先的PC制造商正在加速将磷酸铁锂电池（LFP电池）应用于下一代笔记本电脑。这一趋势的驱动力在于移动设备市场对LFP电池安全性和长寿命的认可度不断提高。展望未来，由于LFP电池具有更高的安全性、更低的环境影响和成本效益，预计其将在电动工具和家用电子产品等其他小型电子设备中得到更广泛的应用。与传统的锂离子电池（LIB）相比，LFP电池更低的起火风险和更长的电池寿命为移动设备用户带来了显著优势。

磷酸铁锂电池的二次保护元件

与传统产品相比，磷酸铁锂电池因其优异的热稳定性和更高的安全性而备受认可。
然而，研究表明，持续过充会导致电池温度逐渐升高。一旦温度超过稳定范围，就可能导致热失控，极端情况下甚至可能引发起火。为防止此类危险，适当的二级保护机制至关重要。

Dexerials 的自控保护器 (表面贴装保险丝) 是一种表面贴装式保险丝，当锂离子电池过充或过放时，它会通过物理熔断来断开电路。我们的 SCP 已应用于包括笔记本电脑在内的移动设备中。SFJ-1022（支持三芯磷酸铁锂电池）是一款新型号，采用全新设计的电路，可支持更宽的磷酸铁锂电池电压范围，使其成为磷酸铁锂电池日益普及情况下理想的二级保护解决方案。
22A（小型）SFJ系列自控保护器（表面贴装保险丝）

我们的SCP产品正越来越多地应用于各种领域，包括储能系统、其他大容量系统和电动自行车。目前，我们还在进行进一步的研发工作。

展望未来，德克塞瑞斯将继续开发支持磷酸铁锂电池安全设计和使用的产品，从而为更加繁荣、更加安全的社会做出贡献。