Сравните преимущества и недостатки литий-железо-фосфатной батареи

Полное название литий-железо-фосфатного аккумулятора - литий-железо-фосфатный литий-ионный аккумулятор. Название слишком длинное, упоминается литий-железо-фосфатная батарея. Поскольку его характеристики особенно подходят для силовых приложений, к названию добавлено слово «мощность», а именно: литий-железо-фосфатный аккумулятор. Некоторые называют это «аккумулятором LiFe-железа (LiFe)».

Литий-железо-фосфатная батарея относится к литиево-ионной батарее, в которой в качестве материала положительного электрода используется фосфат лития-железа. Существует много видов материалов положительных электродов для литий-ионных батарей, в основном кобальтат лития, манганат лития, никелат лития, тройные материалы, фосфат лития-железа и т.п. Среди них кобальтат лития является катодным материалом, используемым в большинстве литий-ионных батарей, а другие катодные материалы не производились массово на рынке по разным причинам. Литий-фосфат железа также является одной из литий-ионных батарей. В принципе, фосфат лития-железа также является процессом встраивания / деинтеркаляции, который идентичен кобальтату лития и манганату лития.

Литий-железо-фосфатная батарея представляет собой литий-ионную вторичную батарею, и одно из ее основных применений - это аккумуляторная батарея, которая имеет большие преимущества перед батареями NI-MH и Ni-Cd.

Эффективность заряда и разряда литий-железо-фосфатных батарей относительно высока, от 85% до 90%. Свинцово-кислотный аккумулятор около 80%.

Преимущество

1. Повышение уровня безопасности

Связь PO в кристалле фосфата лития-железа является стабильной и трудной для разложения, она не разрушается и не нагревается, как кобальтат лития, и не образует сильное окисляющее вещество даже при высокой температуре или перезарядке и, таким образом, имеет хорошую безопасность. Сообщалось, что во время реальной операции было обнаружено, что небольшая часть образца имеет явление горения при иглоукалывании или испытании на короткое замыкание, но не произошло никакого взрыва. В эксперименте с избыточным зарядом использовался высоковольтный заряд, который в несколько раз превышал напряжение саморазряда, и было обнаружено, что явление взрыва все еще существует. Тем не менее, его безопасность от перезарядки была значительно улучшена по сравнению с обычной литиево-кобальт-оксидной батареей с жидким электролитом.

2, улучшение жизни

Литий-железо-фосфатная батарея относится к литиево-ионной батарее, в которой в качестве материала положительного электрода используется фосфат лития-железа.

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов с длительным сроком службы составляет около 300 циклов, а максимальный - 500 раз. Литий-железо-фосфатная аккумуляторная батарея имеет срок службы более 2000 циклов, а стандартная зарядка (5 часов) может быть использована до 2000 раз. Свинцово-кислотная батарея того же качества - «новая половина года, старая половина года, техническое обслуживание и обслуживание в течение полугода», до 1 ~ 1,5 года, в то время как литий-железо-фосфатная батарея используется в тех же условиях, теоретический срок службы будет 7 ~ 8 лет. При всестороннем рассмотрении соотношение производительности и цены теоретически более чем в четыре раза выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов. Сильноточный разряд можно быстро заряжать и разряжать сильным током 2С. При использовании специального зарядного устройства аккумулятор может быть полностью заряжен за 1,5 минуты после зарядки 1,5 ° C, а пусковой ток может достигать 2 ° C, но свинцово-кислотный аккумулятор не имеет таких характеристик.

3, высокотемпературные характеристики

Пиковая температура фосфата лития-железа может достигать 350 ° C-500 ° C, в то время как манганат лития и кобальтат лития составляют всего около 200 ° C.Широкий диапазон рабочих температур (-20 ° C - 75 ° C), высокая термостойкость, электрический нагреватель фосфата лития-железа. пик до 350 ° C -500 ° C, а манганат лития и оксид лития-кобальта только около 200 ° C.

4, большая емкость

Аккумуляторная батарея работает в условиях, которые часто не полностью разряжены, и ее емкость быстро падает ниже номинальной. Это явление называется эффектом памяти. Есть воспоминания, такие как никель-металлогидридные и никель-кадмиевые батареи, но литий-железо-фосфатные батареи не имеют этого явления. Независимо от того, в каком состоянии находится аккумулятор, его можно использовать с зарядкой, не нужно разряжать и заряжать.

6, легкий вес

Объем литий-железо-фосфатной батареи той же емкости составляет 2/3 объема свинцово-кислотной батареи, а вес - 1/3 свинцово-кислотной батареи.

7, охрана окружающей среды

Литий-железо-фосфатный аккумулятор обычно считается свободным от тяжелых металлов и редких металлов (для никель-металлгидридных аккумуляторов требуются редкие металлы), нетоксичным (пройдена сертификация SGS), не загрязняет окружающую среду, в соответствии с европейскими правилами RoHS, является абсолютно зеленым сертификат аккумулятора. Таким образом, промышленность отдает предпочтение литиевым батареям, главным образом, из соображений защиты окружающей среды. Таким образом, аккумулятор был включен в национальный план развития высоких технологий «863» в течение периода «десятой пятилетки» и стал ключевым национальным проектом поддержки и поощрения. С вступлением Китая в ВТО объем экспорта электрических велосипедов в Китае будет быстро расти, и электрические велосипеды, поступающие в Европу и США, должны быть оснащены экологически чистыми батареями.

Однако некоторые эксперты заявили, что загрязнение окружающей среды свинцово-кислотными батареями в основном происходит в процессе производства и переработки на предприятиях. Точно так же литиевые батареи хороши в новой энергетической отрасли, но они не могут избежать проблемы загрязнения тяжелыми металлами. Свинец, мышьяк, кадмий, ртуть, хром и т. Д. При обработке металлических материалов могут попадать в пыль и воду. Сама батарея представляет собой химическое вещество, поэтому может быть два вида загрязнения: один - это загрязнение технологическими отходами в процессе производства; другой - загрязнение батареи после лома.

Литий-железо-фосфатные батареи также имеют свои недостатки: например, плохие низкотемпературные характеристики, низкая плотность утряски материала положительного электрода и литий-железо-фосфатные батареи, имеющие емкость больше, чем оксид лития-кобальта, и, следовательно, не имеют преимуществ с точки зрения микро аккумулятор. При использовании в силовой батарее литий-железо-фосфатная батарея, как и другие батареи, должна сталкиваться с проблемами целостности батареи.

Преимущества и недостатки литий-железо-фосфатного аккумулятора

Недостатки и меры по улучшению литий-железо-фосфатной батареи

Литий-железо-фосфатные батареи также имеют свои недостатки. Например, катодные материалы из фосфата лития-железа имеют более низкую плотность утряски и меньшую емкость, такие как фосфат лития-железа.

Батарея имеет больший объем, чем литий-ионная батарея, такая как литий-кобальт-оксид, поэтому она не имеет преимуществ с точки зрения микро-батареи.

Производительность литий-ионных батарей в основном зависит от материалов положительных и отрицательных элементов. Литий-фосфат железа в качестве материала для литиевых батарей появился только в последние годы. Отечественные разработки литий-железо-фосфатных батарей большой емкости были начаты в июле 2005 года. Их характеристики безопасности и срок службы несравнимы с другими материалами. Это важнейшие технические показатели силовых аккумуляторов. Срок службы 1С заряда и разряда 2000 раз. Одноэлементный аккумулятор при перезарядке напряжением 30В не горит, прокол не взрывается. Литий-железо-фосфатные катодные материалы облегчают последовательное использование литий-ионных аккумуляторов большой емкости. Для удовлетворения потребностей электромобилей в частой зарядке и разрядке. Он обладает такими преимуществами, как нетоксичный, экологически чистый, хороший уровень безопасности, широкий выбор сырья, низкая цена и долгий срок службы. Это идеальный катодный материал для литий-ионных батарей нового поколения. Этот проект относится к разработке функциональных энергетических материалов в высокотехнологичных проектах. Это ключевая область, поддерживаемая национальным планом «863», планом «973» и планом развития высокотехнологичной индустрии «Одиннадцатая пятилетка». Он имеет плохую электропроводность и медленную диффузию ионов лития. Проблема низкой удельной емкости во время зарядки и разрядки с высокой скоростью является трудностью, которая ограничивает развитие промышленности фосфата лития и железа. Причина, по которой фосфат лития-железа не использовался в больших масштабах так поздно, является серьезной проблемой. Но низкая электропроводность была относительно идеальным решением - добавление углерода или другого проводящего агента. В настоящее время в фактическом производственном процессе метод добавления источника органического углерода и легирования дорогостоящими ионами металлов в прекурсор для улучшения проводимости материалов A123 и Yantai Zhuoeng использует этот метод для изучения того, что проводимость фосфата лития-железа имеет улучшена на 7 порядков.

Фосфат лития-железа обладает характеристиками проводимости, аналогичными характеристикам кобальтата лития. Лаборатория сообщает, что при зарядке и разряде 0,1C он может достигать

Мощности выше удельная 165mAh / г  фактически достигает 135-145mAh / г , что близко к уровню кобальтата лития, но расширение литий - ионный

Проблема медленного диспергирования до сих пор не решена. Текущее решение - это в основном нанометрирование.

Энтальпия зерна LiFePO4 уменьшает расстояние диффузии ионов лития в зернах. Кроме того, метод легирования для улучшения диффузионного канала ионов лития не представляется эффективным. Исследований по нанокристаллизации больше, но их трудно применить к реальному промышленному производству. В настоящее время только A123 утверждает, что освоил нанотехнологическую промышленность LiFePO4.

Низкая плотность нажатия

Обычно плотность утряски 0,8–1,3 можно считать большим недостатком фосфата лития-железа. Все катодные материалы из фосфата лития и железа не имеют преимуществ в небольших батареях, таких как батареи мобильных телефонов, поэтому диапазон их использования ограничен.

Фиксированный лимит

Даже если его стоимость невысока, показатели безопасности хорошие, стабильность хорошая, а количество циклов велико, но если оно слишком велико, он может заменить оксид лития-кобальта только в небольшом количестве. Но этот недостаток ничем не выделяется в плане мощности аккумуляторов. Поэтому фосфат лития-железа в основном используется для производства аккумуляторных батарей.

Литий-железо-фосфатный аккумулятор плохо работает при низких температурах.

Хотя люди улучшают ионную и электронную проводимость различными методами, такими как легирование участков лития, железа и даже фосфорной кислоты, контролируют эффективную площадь реакции, улучшая размер и морфологию первичных или вторичных частиц, добавляя дополнительную проводимость. электронная проводимость и т.п. для улучшения низкотемпературных характеристик фосфата лития-железа. Однако характеристики, присущие материалу из фосфата лития и железа, определяют, что его низкотемпературные характеристики уступают другим материалам положительного электрода, таким как манганат лития.

В общем,  для одной батареи обратите внимание, что это одна батарея, а не для батарейного блока. Для аккумуляторного блока измеренные характеристики при низких температурах могут быть немного выше. Это связано с условиями рассеивания тепла и сохранением его емкости при 0 ° C. Соотношение составляет примерно 60  70-10 ° С, что 20  40 , когда она составляет 40  55-20 ° C.

Очевидно, что такие низкотемпературные характеристики не могут удовлетворить требования источника питания. В настоящее время некоторые производители улучшили низкотемпературные характеристики фосфата лития-железа, улучшив систему электролита, улучшив формулу положительного электрода, улучшив свойства материала и улучшив конструкцию структуры элемента, но на самом деле не удовлетворили спрос.

Проблема с постоянством заряда батареи

Срок службы одной литий-железо-фосфатной батареи в настоящее время превышает 2000 раз, но срок службы аккумуляторной батареи значительно сократится. Может быть и 500 раз. Поскольку аккумуляторный блок состоит из большого количества отдельных комплектов аккумуляторов, и его рабочее состояние лучше, чем группа людей, связанных веревками для бега, даже если все являются спринтерами, если согласованность движений всех невысока, команда не будет бежать быстро общая скорость Даже медленнее, чем одиночный игрок, который бежит медленнее всех.

Точно так же аккумуляторная батарея может достичь уровня одиночной батареи только тогда, когда производительность батареи очень стабильна.

В существующих условиях по разным причинам плохая консистенция изготовленного аккумулятора влияет на характеристики аккумулятора и общий срок его службы, поэтому существуют определенные препятствия при использовании электромобиля.

Преимущества и недостатки литий-железо-фосфатного аккумулятора

Кроме того, исходя из опыта исследований, разработки и производства литий-ионных аккумуляторов, Япония является первой страной, коммерциализировавшей литий-ионные аккумуляторы, и всегда занимала рынок литий-ионных аккумуляторов высокого класса. Хотя Соединенные Штаты лидируют в некоторых фундаментальных исследованиях, до сих пор нет крупного производителя литий-ионных аккумуляторов. Поэтому Япония выбрала модифицированный манганат лития в качестве материала положительного электрода для литий-ионных батарей. Даже в Соединенных Штатах фосфат лития, железа и манганат лития используются в качестве катодных материалов для литий-ионных аккумуляторных батарей, и федеральное правительство также поддерживает разработку этих двух систем. Ввиду вышеупомянутых проблем, связанных с фосфатом лития-железа, его трудно широко использовать в качестве материала положительного электрода для литий-ионной аккумуляторной батареи в таких областях, как транспортные средства новой энергии. Если он сможет решить проблему высокотемпературного цикла и плохих характеристик хранения манганата лития, с его преимуществами низкой стоимости и высокой производительности, он будет иметь большой потенциал в применении силовых литий-ионных батарей.

Страница содержит содержимое машинного перевода.