Výhody a nevýhody lithium-železo-fosfátové baterie LiFePO4
Lithium-železo-fosfátová baterie odkazuje na lithium-iontovou baterii, která používá lithium-železo-fosfát jako kladný elektrodový materiál. Katodové materiály lithium-iontových baterií zahrnují především oxid kobaltnatý lithný, manganan lithný, niklát lithný, ternární materiály a fosforečnan lithný. Mezi nimi je oxid kobaltnatý lithný v současné době katodovým materiálem používaným ve většině lithium-iontových baterií.
LiFePO4 se používá jako kladná elektroda baterie, která je spojena s kladnou elektrodou baterie hliníkovou fólií. Uprostřed je polymerní separátor, který odděluje kladnou elektrodu od záporné elektrody, ale lithium-iontové Li může projít, ale elektron e- nemůže projít. Pravá strana je vyrobena z uhlíku (grafitu). Záporná elektroda baterie je připojena k záporné elektrodě baterie měděnou fólií. Mezi horním a dolním koncem baterie je elektrolyt baterie a baterie je hermeticky utěsněna kovovým pouzdrem.
Když je baterie LiFePO4 nabitá, lithium-iontová Li v kladné elektrodě migruje na zápornou elektrodu přes polymerní separátor; během procesu vybíjení lithium-iontový Li v záporné elektrodě migruje na kladnou elektrodu přes separátor. Lithium-iontové baterie jsou pojmenovány po pohybu lithiových iontů tam a zpět během nabíjení a vybíjení.
Hlavní výkon
Jmenovité napětí baterie LiFePO4 je 3,2 V, konečné nabíjecí napětí je 3,6 V a konečné vybíjecí napětí je 2,0 V. Vzhledem k odlišné kvalitě a řemeslnému zpracování pozitivních a negativních materiálů a elektrolytových materiálů používaných různými výrobci budou existovat určité rozdíly v jejich výkonu. Například kapacita baterie stejného modelu (standardní baterie ve stejném balení) je zcela odlišná (10% -20%).
Chci zde vysvětlit, že lithium-železo-fosfátové baterie vyráběné různými továrnami mají určité rozdíly v různých výkonových parametrech; kromě toho není uveden některý výkon baterie, například vnitřní odpor baterie, rychlost samovybíjení, teplota nabíjení a vybíjení atd.
Existují velké rozdíly v kapacitě lithium-železo-fosfátových baterií, které lze rozdělit do tří kategorií: malé měřítko několik až několik miliampérů, střední desítky miliampér hodin a velké stovky miliampérhodin. Podobné parametry různých typů baterií mají také určité rozdíly.
Zkouška přes výboj na nulové napětí:
STL18650 (1100mAh) lithium-železo-fosfátová baterie byla použita pro test nadměrného vybití na nulové napětí. Testovací podmínky: Plně nabijte baterii 1100mAh STL18650 rychlostí nabíjení 0,5 ° C a poté vybíjejte rychlostí vybíjení 1,0 ° C, dokud napětí baterie není 0 ° C. Poté rozdělte baterie 0V do dvou skupin: jedna skupina se skladuje po dobu 7 dnů, druhá skupina se skladuje po dobu 30 dnů; po vypršení platnosti úložiště jsou baterie plně nabité rychlostí nabíjení 0,5 ° C a poté vybity při teplotě 1,0 ° C. Nakonec porovnejte rozdíl mezi dvěma dobami skladování s nulovým napětím.
Výsledkem testu je, že baterie nemá žádný únik po 7 dnech skladování při nulovém napětí, s dobrým výkonem a kapacita je 100%; po skladování po dobu 30 dnů nedochází k úniku, s dobrým výkonem a kapacita je 98%; baterie po 30 dnech skladování je podrobena 3 cyklům nabíjení a vybíjení. Kapacita se vrátila na 100 %.
Tento test ukazuje, že i když je lithium-železo-fosfátová baterie nadměrně vybitá (dokonce až na 0V) a skladována po určitou dobu, baterie nebude unikat ani nebude poškozena. To je vlastnost, kterou jiné typy lithium-iontových baterií nemají.
Výhody lithium-železo-fosfátové baterie
1. Zlepšení výkonnosti v oblasti bezpečnosti
Vazba P-O v krystalu fosforečnanu lithného je stabilní a obtížně se rozkládá. Dokonce i při vysoké teplotě nebo přebíjení se nezhroutí a nevytvoří teplo jako oxid kobaltnatý lithný nebo nevytvoří silné oxidační látky, takže má dobrou bezpečnost. Zpráva poukázala na to, že ve skutečném provozu byla malá část vzorků nalezena hořet v akupunkturních nebo zkratových experimentech, ale nedošlo k žádné explozi. V experimentu s přebíjením bylo použito vysokonapěťové nabíjení, které bylo několikrát vyšší než samovybíjecí napětí, a bylo zjištěno, že stále existuje fenomén výbuchu. Nicméně jeho bezpečnost přebíjení byla výrazně zlepšena ve srovnání s běžnými kapalnými elektrolytovými bateriemi oxidu kobaltnatého lithného.
2. Zlepšení životnosti
Lithium-železo-fosfátová baterie označuje lithium-iontovou baterii, která používá lithium-železo-fosfát jako kladný elektrodový materiál.
Životnost cyklu olověné baterie s dlouhou životností je asi 300krát a nejvyšší je 500krát, zatímco životnost cyklu lithium-železo-fosfátové baterie je více než 2000krát a standardní použití nabíjení (5 hodinová sazba) může dosáhnout 2000krát. Olověné baterie stejné kvality jsou "nové půl roku, půl roku staré a půl roku na údržbu", což je maximálně 1 až 1,5 roku, zatímco lithium-železo-fosfátová baterie se používá za stejných podmínek a teoretická životnost dosáhne 7 až 8 let. Celkově vzato je poměr výkonu a ceny teoreticky více než 4krát vyšší než u olověných baterií. Vysokoproudé vybíjení může rychle nabíjet a vybíjet vysoký proud 2C. S vyhrazenou nabíječkou může být baterie plně nabitá do 40 minut od nabíjení 1,5 ° C a startovací proud může dosáhnout 2 ° C, ale olověné baterie nemají takový výkon.
3. Dobrý výkon při vysokých teplotách
Elektrický topný vrchol fosforečnanu lithného může dosáhnout 350°C-500°C, zatímco manganan lithný a kobaltát lithný jsou pouze kolem 200°C. Široký rozsah provozních teplot (-20C-75C), s vysokou teplotní odolností, elektrický topný vrchol lithium-železo-fosfátu může dosáhnout 350°C-500°C, zatímco manganan lithný a kobaltát lithný jsou pouze kolem 200°C.
4. Velká kapacita
Kapacita baterie rychle klesne pod jmenovitou hodnotu kapacity, když je baterie vždy plně nabitá a nevybitá. Tento jev se nazývá paměťový efekt. Stejně jako Ni-MH a Ni-Cd baterie, tam je paměť, ale lithium-železo-fosfátové baterie nemají tento jev. Bez ohledu na to, v jakém stavu je baterie, lze ji kdykoli nabít a používat, aniž byste ji museli před nabíjením vybít.
6. Nízká hmotnost
Objem lithium-železo-fosfátové baterie stejné specifikace a kapacity je 2/3 objemu olověné baterie a hmotnost je 1/3 olověné baterie.
7. Ochrana životního prostředí
Lithium-železo-fosfátové baterie jsou obecně považovány za bez těžkých kovů a vzácných kovů (nikl-vodíková baterie vyžaduje vzácné kovy), netoxické (certifikované SGS), neznečišťující, v souladu s evropskými předpisy RoHS a absolutní certifikát zelené baterie.
Nevýhody lithium-železo-fosfátových baterií
Zda má materiál potenciál pro vývoj aplikací, je důležitější věnovat pozornost jeho výhodám, zda má materiál zásadní vady.
1. V procesu slinování během přípravy fosforečnanu lithného může být oxid železitý redukován na elementární železo ve vysokoteplotní redukční atmosféře. Elementární železo může způsobit mikrozkrat baterie, což je nejvíce tabuizovaná látka v baterii. To je také hlavní důvod, proč Japonsko nepoužilo tento materiál jako kladný elektrodový materiál pro lithium-iontové baterie.
2. Fosforečnan lithný má některé výkonnostní vady, jako je nízká hustota kohoutku a hustota zhutnění, což vede k nízké hustotě energie lithium-iontových baterií. Výkon při nízkých teplotách je špatný, i když je nanometrizován a potažen uhlíkem, tento problém není vyřešen. Když Dr. Don Hillebrand, ředitel Energy Storage System Center of Argonne National Laboratory, hovořil o nízkoteplotním výkonu lithium-železo-fosfátových baterií, popsal to jako hrozné. Výsledky jejich testů lithium-železo-fosfátových lithium-iontových baterií ukázaly, že lithium-železo-fosfátové baterie jsou při nízkých teplotách. (Pod 0°C) Není možné řídit elektromobil. Ačkoli někteří výrobci tvrdí, že míra udržení kapacity lithium-železo-fosfátových baterií je dobrá při nízkých teplotách, to znamená, že vybíjecí proud je malý a výstupní napětí je velmi nízké. V takovém případě zařízení nemůže začít pracovat vůbec.
3. Náklady na přípravu materiálu a výrobní náklady na baterii jsou poměrně vysoké, výtěžnost baterie je nízká a konzistence je špatná. Ačkoli nanometrizace a uhlíkový povlak fosforečnanu lithného železa zlepšují elektrochemický výkon materiálu, přináší také další problémy, jako je snížení hustoty energie, zvýšení nákladů na syntézu, špatný výkon zpracování elektrod a drsné požadavky na životní prostředí. Ačkoli chemické prvky Li, Fe a P ve fosforečnanu lithném jsou hojné a náklady jsou nízké, náklady na připravený produkt fosforečnanu lithného železa nejsou nízké. I když jsou odstraněny předchozí náklady na výzkum a vývoj, náklady na proces materiálu jsou vyšší. Náklady na přípravu baterie zvýší náklady na konečnou jednotku skladování energie.
4. Špatná konzistence produktu. V současné době neexistuje v Číně žádná továrna na lithium-železo-fosfátový materiál, která by tento problém vyřešila. Z hlediska přípravy materiálu je syntézní reakce fosforečnanu lithného železa komplexní vícefázovou reakcí, včetně fosforečnanů pevné fáze, oxidů železa a solí lithia, prekurzorů uhlíku a redukčních plynných fází. V tomto složitém reakčním procesu je obtížné zajistit konzistenci reakce.
5. Problematika duševního vlastnictví. V současné době je základní patent fosforečnanu lithného železa vlastněn Texaskou univerzitou, zatímco patent na uhlíkový povlak je aplikován Kanaďany. Tyto dva základní patenty nelze obejít. Pokud jsou v ceně zahrnuty licenční poplatky, náklady na produkt budou dále zvýšeny.
