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磷酸鐵鋰電池

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時間:1900/1/1 0:00:00

自鋰電池問世以來,圍繞鋰電池的研發工作一直在持續進行。20世紀90年代末,鋰聚合物電池被開發出來,2002年后磷酸鐵鋰電池被引入。

鋰離子電池的內部主要由正極、負極、電解質和隔膜組成。由于陽極、陰極和電解液的材料和工藝不同,電池具有不同的財產和不同的名稱。目前,鋰鈷氧化物(LiCoO2)是市場上鋰離子電池的主要正極材料,使用鋰錳氧化物(LiMn2O4)和鋰鎳氧化物(LiNiO2)作為正極材料的鋰離子電池也不多。通常,采用后兩種正極材料的鋰離子電池被稱為“鋰錳電池”和“鋰鎳電池”。新開發的磷酸鐵鋰電池是鋰離子電池家族的新成員,使用磷酸亞鐵鋰作為正極。

通常,鋰離子電池的電解質是液體。后來,固體和凝膠聚合物電解質被開發出來,因此這種鋰離子電池被稱為鋰聚合物電池,其性能優于使用液體電解質的鋰離子電池。

磷酸鐵鋰電池的全名應該是磷酸亞鐵鋰鋰離子電池,這個名字太長了。由于其性能特別適合電力應用,因此在名稱中添加了“電力”一詞,即磷酸亞鐵鋰動力電池。有些人稱之為“鋰鐵(LiFe)動力電池”。

1.使用LiFePO4作為陽極的意義。

目前,用于鋰離子電池的主要正極材料是LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2和LiFePO4。在這些金屬元素中,鈷(Co)是最昂貴的,并且具有小的存儲容量,而鎳(Ni)和錳(Mn)是更便宜的,而鐵(Fe)是最便宜的。陰極材料的價格也與這些金屬的價格一致。因此,由LiFePO4正極材料制成的鋰離子電池應該是最便宜的。它的另一個特點是對環境沒有污染。

作為一種可充電電池,其要求是:高容量、高輸出電壓、良好的充放電循環性能、穩定的輸出電壓、大電流充放電、電化學穩定性、使用安全(不因過充電、過放電和短路等不當操作而引起燃燒或爆炸)、寬的工作溫度范圍,無性或性較小,對環境無污染。以LiFePO4為正極的磷酸鐵鋰電池具有良好的性能要求,特別是在高放電速率(5~10c放電)、穩定的放電電壓、安全性(不燃燒或爆炸)、使用壽命長(循環次數)和對環境無污染等方面。它是目前最好的高電流輸出的動力電池。

2.LiFePO4電池的結構和工作原理

LiFePO4電池的內部結構如圖1所示。左邊是橄欖石結構的LiFePO4作為電池的正極,與鋁箔相連,中間有一個聚合物隔膜,將正極與負極分開,但鋰離子Li+可以通過,而電子e-不能通過,右邊是,電池的負極由碳(石墨)制成,并通過銅箔與電池的負極連接。電池的上端和下端之間是電池的電解質,電池由金屬外殼密封。

圖1 lifepo 4電池的內部結構

當對LiFePO4電池充電時,正極中的Li+通過聚合物隔膜遷移到負極。在放電過程中,負極中的Li+通過隔膜遷移到正極。鋰離子電池之所以命名,是因為鋰離子在充電和放電過程中來回遷移。

3.LiFePO4電池的主要性能

LiFePO4電池的標稱電壓為3.2V,終端充電電壓為3.6V,終端放電電壓為2.0V。由于各制造商使用的陽極材料、陰極材料和電解質材料的質量和技術不同,它們的財產會有所不同。例如,同一型號(相同包裝的標準電池)的電池容量差異很大(10%~20%)。

磷酸亞鐵鋰動力電池的主要性能如表1所示。為了與其他可充電電池進行比較,表中還列出了其他類型可充電電池的性能。它應該……

e在這里注意到,不同工廠生產的磷酸亞鐵鋰動力電池在各種性能參數上會有一些差異;此外,還不包括電池的一些財產,如電池內阻、自充電率、充放電溫度等。

表1磷酸亞鐵鋰動力電池主要性能參數

磷酸亞鐵鋰動力電池的容量大不相同,可分為三類:從十分之幾到幾毫安的小型電池、幾十毫安的中型電池和幾百毫安的大型電池。不同類型電池的相同參數也存在一些差異。本文介紹了目前廣泛使用的小型標準圓柱形磷酸亞鐵鋰動力電池的參數。其外形尺寸:直徑18mm,高度650mm(型號18650),其參數性能如表2所示。

表2小型標準圓柱形封裝磷酸亞鐵鋰動力電池參數

4、過放電至零電壓測試

采用STL18650(1100毫安時)的磷酸亞鐵鋰動力電池已進行了零電壓放電測試。測試條件:將充電速率為0.5C的STL18650電池充滿電,然后以1.0C的放電速率放電,直到電池電壓為0C。然后,將置于0V的電池分為兩組:一組儲存7天,另一組儲存30天;儲存期滿后,它將以0.5C的充電速率充滿電,然后以1.0C的充電率放電。最后,比較了兩種零電壓儲存周期之間的差異。

測試結果表明,該電池在零電壓下儲存7天后沒有泄漏,性能良好,容量為100%。儲存30天后,它沒有泄漏,性能良好,容量為98%。在儲存30天后,對電池進行3次充放電,容量恢復到100%。

該測試表明,即使過度放電(甚至到0V)并儲存一定時間,電池也不會泄漏或損壞。這是其他類型的鋰離子電池所沒有的特性。

5.磷酸鐵鋰電池的特性

通過以上介紹,LiFePO4電池可以總結如下。

高效輸出:標準放電2~5c,連續大電流放電可達10C,瞬時脈沖放電(10S)可達20C

;

高溫性能好:外部溫度65℃時內部溫度高達95℃,電池放電時溫度可達160℃,電池結構安全完好;

即使電池內部或外部損壞,電池也不會燃燒或爆炸,安全性最好;

優異的循環壽命,500次循環后,其放電容量仍大于95%;

過放電至零伏未損壞;

可以快速充電;

成本低;

對環境無污染。

6.磷酸亞鐵鋰動力電池的應用

由于磷酸亞鐵鋰動力電池具有上述特點,可以生產各種不同容量的電池,因此很快就得到了廣泛的應用。其主要應用領域有:

大型電動汽車:公交車、電動汽車、景區和混合動力汽車;

輕型電動汽車:電動自行車、高爾夫球車、小型平板電池車、叉車、清潔車、電動輪椅等。

電動工具:電鉆、鏈鋸、割草機等。

汽車、船只、飛機和其他玩具的遠程控制;

用于太陽能和風力發電的儲能設備;

UPS和應急燈、警示燈和礦燈(最佳安全);

更換相機中的3V一次性鋰電池和9V鎳鎘或鎳氫可充電電池(尺寸完全相同);

小型醫療設備和便攜式儀器。

以下是用磷酸亞鐵鋰動力電池代替鉛酸電池的應用實例。使用36V/10Ah(360Wh)鉛酸電池,重量12公斤,一次充電可行走約50公里,可充電約100次,使用時間約為一年。如果使用磷酸亞鐵鋰動力電池,則使用360Wh的相同能量(由12個10Ah串聯電池組成),其重量約為4kg,一次充電可行駛約80km,充電次數可達1000次,使用壽命可達3-5年。盡管磷酸亞鐵鋰動力電池的價格遠高于鉛酸電池,但總體經濟效果是磷酸亞鐵鋰在使用中更好、更輕。

(編輯/董海榮)自鋰電池問世以來,圍繞鋰電池的研發工作一直在持續進行。20世紀90年代末,鋰聚合物電池被開發出來,2002年后磷酸鐵鋰電池被引入。

鋰離子電池的內部主要由正極、負極、電解質和隔膜組成。由于陽極、陰極和電解液的材料和工藝不同,電池具有不同的財產和不同的名稱。目前,鋰鈷氧化物(LiCoO2)是市場上鋰離子電池的主要正極材料,使用鋰錳氧化物(LiMn2O4)和鋰鎳氧化物(LiNiO2)作為正極材料的鋰離子電池也不多。通常,采用后兩種正極材料的鋰離子電池被稱為“鋰錳電池”和“鋰鎳電池”。新開發的磷酸鐵鋰電池是鋰離子電池家族的新成員,使用磷酸亞鐵鋰作為正極。

通常,鋰離子電池的電解質是液體。后來,固體和凝膠聚合物電解質被開發出來,因此這種鋰離子電池被稱為鋰聚合物電池,其性能優于使用液體電解質的鋰離子電池。

磷酸鐵鋰電池的全名應該是磷酸亞鐵鋰鋰離子電池,這個名字太長了。由于其性能特別適合電力應用,因此在名稱中添加了“電力”一詞,即磷酸亞鐵鋰動力電池。有些人稱之為“鋰鐵(LiFe)動力電池”。

1.使用LiFePO4作為陽極的意義。

目前,用于鋰離子電池的主要正極材料是LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2和LiFePO4。在這些金屬元素中,鈷(Co)是最昂貴的,并且具有小的存儲容量,而鎳(Ni)和錳(Mn)是更便宜的,而鐵(Fe)是最便宜的。陰極材料的價格也與這些金屬的價格一致。因此,由LiFePO4正極材料制成的鋰離子電池應該是最便宜的。它的另一個特點是對環境沒有污染。

作為一種可充電電池,其要求是:高容量、高輸出電壓、良好的充放電循環性能、穩定的輸出電壓、大電流充放電、電化學穩定性、使用安全(不因過充電、過放電和短路等不當操作而引起燃燒或爆炸)、寬的工作溫度范圍,無性或性較小,對環境無污染。以LiFePO4為正極的磷酸鐵鋰電池具有良好的性能要求,特別是在高放電速率(5~10c放電)、穩定的放電電壓、安全性(不燃燒或爆炸)、使用壽命長(循環次數)和對環境無污染等方面。它是目前最好的高電流輸出的動力電池。

2.LiFePO4電池的結構和工作原理

LiFePO4電池的內部結構如圖1所示。左邊是橄欖石結構的LiFePO4作為電池的正極,與鋁箔相連,中間有一個聚合物隔膜,將正極與負極分開,但鋰離子Li+可以通過,而電子e-不能通過,右邊是,電池的負極由碳(石墨)制成,并通過銅箔與電池的負極連接。電池的上端和下端之間是電池的電解質,電池由金屬外殼密封。

圖1 lifepo 4電池的內部結構

當對LiFePO4電池充電時,正極中的Li+通過聚合物隔膜遷移到負極。在放電過程中,負極中的Li+遷移到正極……

通過分離器。鋰離子電池之所以命名,是因為鋰離子在充電和放電過程中來回遷移。

3.LiFePO4電池的主要性能

LiFePO4電池的標稱電壓為3.2V,終端充電電壓為3.6V,終端放電電壓為2.0V。由于各制造商使用的陽極材料、陰極材料和電解質材料的質量和技術不同,它們的財產會有所不同。例如,同一型號(相同包裝的標準電池)的電池容量差異很大(10%~20%)。

磷酸亞鐵鋰動力電池的主要性能如表1所示。為了與其他可充電電池進行比較,表中還列出了其他類型可充電電池的性能。這里需要注意的是,不同工廠生產的磷酸亞鐵鋰動力電池在各種性能參數上會有一些差異;此外,還不包括電池的一些財產,如電池內阻、自充電率、充放電溫度等。

表1磷酸亞鐵鋰動力電池主要性能參數

磷酸亞鐵鋰動力電池的容量大不相同,可分為三類:從十分之幾到幾毫安的小型電池、幾十毫安的中型電池和幾百毫安的大型電池。不同類型電池的相同參數也存在一些差異。本文介紹了目前廣泛使用的小型標準圓柱形磷酸亞鐵鋰動力電池的參數。其外形尺寸:直徑18mm,高度650mm(型號18650),其參數性能如表2所示。

表2小型標準圓柱形封裝磷酸亞鐵鋰動力電池參數

4、過放電至零電壓測試

采用STL18650(1100毫安時)的磷酸亞鐵鋰動力電池已進行了零電壓放電測試。測試條件:將充電速率為0.5C的STL18650電池充滿電,然后以1.0C的放電速率放電,直到電池電壓為0C。然后,將置于0V的電池分為兩組:一組儲存7天,另一組儲存30天;儲存期滿后,它將以0.5C的充電速率充滿電,然后以1.0C的充電率放電。最后,比較了兩種零電壓儲存周期之間的差異。

測試結果表明,該電池在零電壓下儲存7天后沒有泄漏,性能良好,容量為100%。儲存30天后,它沒有泄漏,性能良好,容量為98%。在儲存30天后,對電池進行3次充放電,容量恢復到100%。

該測試表明,即使過度放電(甚至到0V)并儲存一定時間,電池也不會泄漏或損壞。這是其他類型的鋰離子電池所沒有的特性。

5.磷酸鐵鋰電池的特性

通過以上介紹,LiFePO4電池可以總結如下。

高效輸出:標準放電2~5c,連續大電流放電可達10C,瞬時脈沖放電(10S)可達20C

;

高溫性能好:外部溫度65℃時內部溫度高達95℃,電池放電時溫度可達160℃,電池結構安全完好;

即使電池內部或外部損壞,電池也不會燃燒或爆炸,安全性最好;

優異的循環壽命,500次循環后,其放電容量仍大于95%;

過放電至零伏未損壞;

可以快速充電;

成本低;

對環境無污染。

6.磷酸亞鐵鋰動力電池的應用

由于磷酸亞鐵鋰動力電池具有上述特點,可以生產各種不同容量的電池,因此很快就得到了廣泛的應用。其主要應用領域有:

大型電動汽車:公交車、電動汽車、景區和混合動力汽車;

輕型電動汽車:電動自行車、高爾夫球車、小型平板電池車、叉車、清潔車、電動輪椅等。

電動工具:電鉆、鏈鋸、割草機等。

汽車、船只、飛機和其他玩具的遠程控制;

用于太陽能和風力發電的儲能設備;

UPS和應急燈、警示燈和礦燈(最佳安全);

更換相機中的3V一次性鋰電池和9V鎳鎘或鎳氫可充電電池(尺寸完全相同);

小型醫療設備和便攜式儀器。

以下是用磷酸亞鐵鋰動力電池代替鉛酸電池的應用實例。使用36V/10Ah(360Wh)鉛酸電池,重量12公斤,一次充電可行走約50公里,可充電約100次,使用時間約為一年。如果使用磷酸亞鐵鋰動力電池,則使用360Wh的相同能量(由12個10Ah串聯電池組成),其重量約為4kg,一次充電可行駛約80km,充電次數可達1000次,使用壽命可達3-5年。盡管磷酸亞鐵鋰動力電池的價格遠高于鉛酸電池,但總體經濟效果是磷酸亞鐵鋰在使用中更好、更輕。

(編輯/董海榮)

標簽:世紀高爾夫

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