对能量密度的追求，促使电动汽车(EV)电池从早期使用磷酸铁锂(LFP)正极材料，转向日益富含镍的三元层状氧化物。然而，我们不可能放弃LFP电池，因为它无与伦比的安全性，以及它的低成本和不含钴的性质。
最近，比亚迪发布了LFP刀片电池，并已经在电动车上跑了起来，这为LFP的未来发展注入了一剂强心针，然而其在低温下的性能还无法令人满意。美国宾夕法尼亚州立大学王朝阳院士团队在Nature Energy上发表文章Thermally modulated lithium iron phosphate batteries for mass-market electric vehicles，在这里，作者展示了一款热调制LFP(TM-LFP)刀片电池，随着CTP（cell to pack)比率的提高，LFP刀片电池在电池组水平上提供了与传统NMC电池相当的比能量和更好的能量密度，TM-LFP刀片电池加热至60°C下工作，不仅解决了LFP的低温化学问题，而且大大提高了动力学和传输性能，在所有气候条件下都能实现10分钟的快速充电和卓越的功率，基本上保证了电动汽车不会出现续航焦虑。这种热调制LFP电池可以在在任何环境条件下工作，有望成为面向大众市场的电动汽车的全方位动力系统。本文对电动汽车所需的各种性能指标下，对LFP刀片电池的性能进行了评估。具体来说，作者比较了刀片型石墨- LFP电池(尺寸遵循BYD27)与柱形石墨- NMC622电池(VDA-BEV2标准，与宝马i3电池尺寸相同)。研究人员对这两种电池的能量和功率密度、城市和公路驾驶场景下的巡航距离以及快速充电能力进行了比较，所有这些都是在不同的环境温度下进行的。电化学热(ECT)模型在各种测试条件下进行校准。结果表明，TM-LFP电池可以满足电动汽车的所有主要要求，为大规模应用于大众市场乘用车提供了巨大的潜力。
图1. 传统的电池包到刀片电池及当前电动汽车中的电池组的质量/体积能量密度GCTP是电池组级电池的能量密度除以电芯的能量密度，其大小可以衡量电池组级电池非活性包装的占比。相应地，VCTP是两者体积能量密度的比值。
从图2可以看到，由于NMC622和LFP的GCTP和VCTP的差别，在电池组级别上，LFP的体积能量密度和重量能量密度是可以超过NMC622的。
图3. 在不同的温度下，在城市中和高速公路驾驶中的巡航范围，可以看到电池温度升高至60℃可以大幅提升驾驶时间和里程
图5. 全气候巡航里程，TM-LFP刀片电池的卓越的动力和10分钟快速充电能力
图6. TM LFP刀片电池符合大众市场电动汽车的所有主要标准用于乘用车的LFP刀片电池面临的主要挑战是低温下巡航距离的大幅降低，峰值功率和PF-MCR的降低。本文设计用于在60°C的任何环境条件下工作的TM-LFP电池不仅解决了低温下的问题，还进一步提高了电池的功率和快速充电能力，提供足够的巡航距离，并在所有天气条件下10分钟快速充电。升高的温度也可以简化电池温度管理系统，由于减少了14倍的电池冷却需求，这进一步提高了CTP的效率，降低了成本。较高的操作温度和有限的充电时间提供了一种同时实现高性能和长寿命的方法，并使其适用于使用低BET面积的石墨，这有望将电动汽车的寿命延长到200万英里以上。
Yang, XG., Liu, T. & Wang, CY. Thermally modulated lithium iron phosphate batteries for mass-market electric vehicles. Nat. Energy (2021).
https://doi.org/10.1038/s41560-020-00757-7