鋰電池是指鋰金屬電池和鋰離子電池的總稱，通常所說的鋰電池是鋰離子電池，其特點是不含有金屬態的鋰，支持反復充放電使用。

從 1991 年 SONY 公司推出第一只商用鋰離子電池，  到 2009 年華為在通信基站大規模使用鋰電，再到2016 年電動車（鋰電）市場爆發，目前，全球前十鋰電廠商的動力電池銷量接近 90GWh。

而隨著鋰離子電池的能量密度和安全性能的持續提升、成本的持續降低，鋰電在通信領域、電力領域、動力汽車領域、數據中心等領域的需求越來越大，鋰電正在向著成為新一代主流能源的方向穩步邁進。

為什么要用鋰電？

鉛酸電池在通信行業領域數十年來長期占主導地位。但鉛酸電池循環壽命短、占地大、對機房承重要求高，生產制程容易造成環境污染，各國的鉛酸電池發展都趨于萎縮，中國鐵塔已經明確不再招標鉛酸電池。而鋰電池天然具有能量密度高、占地小、長循環壽命等鉛酸不具備的優勢。伴隨著鉛酸電池市場占有率快速下降，鋰電池在全球的應用急劇增加，其中 5G 站點幾乎全部被鋰電池覆蓋，數據中心的鋰電應用在國外一些大型的 ISP 客戶也在開始規模使用。可以預測未來 3~5 年時間，鋰電池市場份額將接近或超過鉛酸電池，鋰電池未來占據市場主導已經是各領域的共識。

電池技術路線趨勢

3C類：鈷酸鋰提升充電電壓上限，持續提升能量密度；預計2025年后，全固態電解質可進一步提升電壓，逐步逼近材料理論上限4.9V 動力：高端EV：三元（液態）提升Ni含量+充電電壓提升能量密度，Ni含量（811）和電壓（4.25）后能量密度提升不明顯；未來向固態預計2025年后全固態電解質商用，電壓可以進一步提升；中低端EV+大巴：轉向鐵鋰路線 循環儲能：磷酸鐵鋰：材料克容量（當前155mAh/g）已接近理論極限（172mAh/g），電壓提升已達到極限；主要向循環和安全特性演進；鈉離子電池是未來潛在選項：原材料廉價，復用鋰電產業鏈； 短時備電：磷酸鐵鋰，安全、壽命、性價比最優，向功率密度提升、安全等特性演進；未來預計為電池+電容等復合路線

圖1：電池發展技術路線

鋰電的基本參數

鋰電池基本參數概念

電池容量（Ah）：在一定條件下（放電率、溫度、終止電壓等）電池放出的電量，通常以安培·小時為單位。

充放電倍率（C）：充放電倍率 = 充放電電流 / 額定容量。

鋰電池工作原理介紹

鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。

正極材料：可選的正極材料很多，主流產品為磷酸鐵鋰和三元（鎳鈷錳或鎳鈷鋁）。 

負極材料：多采用石墨。

以磷酸鐵鋰電池為例：

正極反應：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。

充電時：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-

放電時：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4

負極反應：放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入。 

充電時：xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放電時：LixC6 → xLi+ + xe- + 6C

鋰電池種類（一般按照正極材料分類）

鈷酸鋰（LCO）  

錳酸鋰（LMO）  

磷酸鐵鋰（LFP） 

三元鋰（NCM）

數據中心推薦采用什么材質鋰電？

磷酸鐵鋰“Goodenough”

2019年諾貝爾化學獎授予了John B Goodenough，M.Stanley Whittingham 和Akira Yoshino，以表彰他們在鋰離子電池發展上所做的貢獻。

尤其John Goodenough成為歷史上最高齡的諾獎得主，其一生對于鋰電池的探索尤為令人敬佩，磷酸鐵鋰（LFP）作為他的重要貢獻之一，磷酸鐵鋰也被認為是目前最安全，最環保的鋰離子電池正極材料。

鋰電，尤其是磷酸鐵鋰在數據中心和通訊基站的應用，就如同老爺子的名字一樣，已經Goodenough了。

為什么推薦采用磷酸鐵鋰？

目前業界主流的鋰電分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元鋰。鈷酸鋰主要應用與手機電池行業；錳酸鋰主要應用于電動自行車行業；磷酸鐵鋰廣泛應用于大巴車 / 公交車儲能，儲能電站；三元鋰廣泛應用于家用車 / 出租車儲能，儲能電站行業。在數據中心場景目前普遍采用磷酸鐵鋰和三元鋰 2 種電芯，磷酸鐵鋰可靠性更高，三元鋰能量密度有優勢。

1、磷酸鐵鋰結構更穩定

圖2：不同鋰電電芯分子結構

來源：Soroosh Sharifi-Asl, et al., Oxygen Release Degradation in Li-Ion Battery Cathode Materials: Mechanisms and Mitigating Approaches. Adv. Energy Mater. 2019, 1900551