磷酸鐵鋰電池及電芯保護的未來：拓展至電動自行車和儲能係統領域

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智慧型手機、電動自行車（e-bike）和光伏系統等技術創新都是由電池供電的。其中，磷酸鐵鋰（LFP）電池因其安全性、長循環壽命和成本效益而受到關注。它們克服了傳統鋰離子 （LIB） 電池中的許多問題，並在建立更永續的能源社會中發揮關鍵作用。因此，磷酸鐵鋰電池越來越多地用於越來越多的應用——從電動自行車到再生能源儲存係統 （ESS） 再到消費設備。

本文探討了磷酸鐵鋰電池的基本原理、市場成長潛力、應用，並介紹了 Dexerials 的自控保護器 (SCP)，一種二級保護解決方案。

什麼是磷酸鐵鋰電池？

磷酸鐵鋰（LFP）電池是一種鋰離子電池（LIB），它以磷酸鐵鋰（LiFePO4）為正極材料，具有優異的安全性和長壽命。其應用範圍正在不斷擴大，涵蓋電動車（EV）、電動自行車等交通運輸領域以及再生能源儲能係統（ESS）。磷酸鐵鋰電池有望在建立更永續的能源社會中發揮關鍵作用。

磷酸鐵鋰電池最早於1997年由美國德州大學的研究人員在一篇論文中報告。它們因其高熱穩定性和低起火風險而備受讚譽。然而，由於其能量密度低於採用鎳錳鈷（NMC）或鎳錳鋁（NMA）化合物基正極材料的鋰離子電池（LIBs），當時的商業化進程並不順利。 21世紀初，一家加拿大公司透過應用奈米技術和碳塗層技術提高了電池性能。然而，高昂的製造成本和專利許可限制阻礙了其大規模生產。

隨著中國的崛起 ，這種情況發生了巨大變化。自2010年代以來，中國一直是磷酸鐵鋰電池的主要生產國。獲得加拿大公司專利授權的中國電池製造商，利用豐富的原材料和政府對電動車產業的大力支持，實現了低成本、大規模生產。由於磷酸鐵鋰電池不需要鈷、鎳等稀有金屬，因此非常適合中國低成本的電動車市場。由此，中國製造商憑藉成本優勢和規模經濟迅速在全球市場佔據主導地位。而在歐洲，高能量密度電池仍佔主導地位，磷酸鐵鋰電池的普及程度有限。

然而，關鍵磷酸鋰電池專利於2022年到期，促使歐美製造商迅速將重心轉向磷酸鐵鋰電池。出於對鈷和鎳供應風險的擔憂、減少對中國依賴的努力以及電動車日益普及的推動，歐美企業目前正致力於在國內生產磷酸鋰電池。

磷酸鐵鋰電池為何如此受歡迎？下一代電池面臨哪些挑戰？

磷酸鐵鋰電池作為克服鋰離子電池局限性的新替代方案，正受到越來越多的關注，因為它為與鋰離子電池技術相關的三個主要問題提供了創新的解決方案。

實現更高的安全性

鋰離子電池（LIB）的電解液中使用易燃有機溶劑，有火災危險。相較之下，磷酸鐵鋰（LFP）電池採用磷酸鐵鋰作為正極材料，其化學結構穩定，熱穩定性高，在過熱或受到物理衝擊時，可降低起火或爆炸的風險。全球範圍內，電動車和配備鋰離子電池的儲能係統（ESS）偶有起火事故發生，促使業界更加關注電池安全。因此，磷酸鐵鋰電池因其熱失控風險低且適用於大型電池系統，正日益受到青睞。

提高能量密度

電池單位重量的儲電量（能量密度）與電動自行車的續航里程和儲能係統的能量效率直接相關。因此，提高能量密度是開發下一代電池面臨的最關鍵挑戰之一。最初，磷酸鐵鋰電池的能量密度低於鋰離子電池。然而，技術創新在不影響安全性的前提下，不斷提升了磷酸鐵鋰電池的能量密度。

減少對稀有金屬的依賴，進而降低對環境的影響

磷酸鐵鋰電池的生產無需依賴鎳、鈷等稀有金屬，這些金屬的來源國有限。因此，磷酸鐵鋰電池有助於規避生產者特有的風險，例如政治不穩定和資源限制，同時也能減少稀有金屬開採對環境的影響。這有助於開發更永續的電池技術。此外，磷酸鐵鋰電池的充放電循環壽命是鋰離子電池的兩倍以上，從而降低了處置和回收成本。

下面比較的是磷酸鐵鋰電池和鋰離子電池（鎳錳鈷型和鎳錳鋁型）。

磷酸鐵鋰電池市場的潛在成長

預計到 2030 年，全球磷酸鐵鋰電池市場將以約 20% 的複合年增長率 (CAGR) 成長。 （資料來源：磷酸鐵鋰電池正在改變全球電動車市場格局 | EVBoosters）可再生能源儲存、智慧電網系統和行動出行應用領域的需求不斷增長，正在推動這一增長。

與傳統電池技術相比，磷酸鐵鋰電池使用的稀有金屬更少，因此製造成本更低——尤其與鎳鈷錳酸鋰電池相比。據估計，其市價比傳統鋰離子電池低30%。中國政府多年來推行的獎勵政策促進了儲能係統的國內推廣，加速了磷酸鐵鋰電池在國內市場的普及，隨後又拓展至全球市場。

此外，包括北美行動旅遊領域主要製造商在內的全球企業已開始全面採用磷酸鐵鋰電池。展望未來，電池材料供應有限、磷酸鋰電池技術日趨成熟，加之其安全性、成本效益和永續性等優勢，預計將進一步推動磷酸鐵鋰電池市場的成長。

磷酸鐵鋰電池的關鍵應用

截至 2025 年，磷酸鐵鋰電池的主要應用領域包括以下幾個面向。

電動自行車（電自行車）

電動自行車市場滲透率正在迅速提升，尤其是在中國、歐洲和美國，新開發的車型越來越多地採用磷酸鐵鋰電池。磷酸鋰電池熱失控風險低，這在東南亞城市等炎熱氣候地區以及頻繁碰撞的使用條件下尤其重要。此外，磷酸鐵鋰電池具有很高的日常充放電循環耐受性，這降低了電池更換頻率，有助於長期節省成本。

磷酸鋰鐵電池的另一個大優點在於其重量遠輕於傳統的鉛酸電池。因此，配備磷酸鋰電池的電動自行車續航力更長，操控更便捷，進而提升用戶滿意度。由於磷酸鐵鋰電池在各種天氣條件下都能保持穩定的性能，因此被認為在通勤和其他個人交通出行以及商業用途（例如配送服務）方面具有很高的可靠性，這也推動了其在企業中的廣泛應用。這些優勢預計將進一步提升市場對配備磷酸鐵鋰電池的電動自行車的需求，尤其是在城市交通領域。

再生能源儲存系統（ESS）

磷酸鐵鋰電池可為太陽能、風能和其他自然能源驅動的再生能源系統提供穩定的儲能。它們具有許多優勢，例如在惡劣環境條件下性能穩定，以及維護需求低。
據市場研究公司 Fastmarkets 稱，儲能係統 (ESS) 的整體需求預計將從 2022 年的 66 GWh 增長到 2023 年的 140 GWh，增長超過一倍，到 2033 年將達到約 840 GWh。磷酸鐵鋰電池預計將佔總容量的約 87%，並有望成為再生能源持續擴張的核心技術。
參考資料：Fastmarkets 指出，磷酸鐵鋰 (LFP) 的日益普及推動了化學品供應鏈透明度的提升。

備用電源系統（UPS）

在醫院、資料中心和通訊設施等關鍵基礎設施中，磷酸鐵鋰電池正在廣泛採用，因為它們可以充當高度可靠的備用電源。它們需要較少的更換和維護頻率，從而節省長期成本。

海事和航海設備

磷酸鐵鋰電池（LFP電池）正日益廣泛地應用於海上設備，例如遊艇電氣系統、拖釣馬達、探魚器、GPS接收器、導航儀器（如聲吶）、自動氣象浮標和海洋觀測感測器等。與鋰離子電池（NMC型）相比，磷酸鐵鋰電池具有更低的起火風險，是一種更安全、更可靠的電源，並且在振動和衝擊等惡劣條件下也能保持穩定的性能。

筆記型電腦和家用電動工具

近期最引人注目的發展之一是，領先的PC製造商正在加速將磷酸鐵鋰電池（LFP電池）應用於下一代筆記型電腦。這一趨勢的驅動力在於行動裝置市場對LFP電池安全性和長壽命的認可度不斷提高。展望未來，由於LFP電池具有更高的安全性、更低的環境影響和成本效益，預計將在電動工具和家用電子產品等其他小型電子設備中得到更廣泛的應用。與傳統的鋰離子電池（LIB）相比，LFP電池更低的起火風險和更長的電池壽命為行動裝置用戶帶來了顯著優勢。

磷酸鐵鋰電池的二次保護元件

與傳統產品相比，磷酸鐵鋰電池因其優異的熱穩定性和更高的安全性而備受認可。
然而，研究表明，持續過充會導致電池溫度逐漸升高。一旦溫度超過穩定範圍，就可能導致熱失控，極端情況甚至可能引發起火。為防止此類危險，適當的二級保護機制至關重要。

Dexerials 的自控保護器 (表面貼裝保險絲) 是一種表面貼裝式保險絲，當鋰離子電池過充或過放時，它會透過物理熔斷來斷開電路。我們的 SCP 已應用於包括筆記型電腦在內的行動裝置。 SFJ-1022（支援三芯磷酸鐵鋰電池）是一款新型號，採用全新設計的電路，可支援更寬的磷酸鐵鋰電池電壓範圍，使其成為磷酸鐵鋰電池日益普及情況下理想的二級保護解決方案。
22A（小型）SFJ系列自控保護器（表面貼裝保險絲）

我們的SCP產品正越來越多地應用於各種領域，包括儲能係統、其他大容量系統和電動自行車。目前，我們也正在進行進一步的研發工作。

展望未來，德克塞瑞斯將繼續開發支援磷酸鐵鋰電池安全設計和使用的產品，為更繁榮、更安全的社會做出貢獻。