El nombre completo de la batería de fosfato de hierro y litio es batería de iones de litio y fosfato de hierro y litio, que es demasiado larga y se denomina batería de fosfato de hierro y litio para abreviar. Debido a que su rendimiento es particularmente adecuado para aplicaciones de energía, se agrega la palabra "energía" al nombre, es decir, batería de energía de fosfato de hierro y litio. También se llama "batería de energía de hierro de litio (LiFe)".
principio de funcionamiento
La batería de fosfato de hierro y litio se refiere a una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio como material de electrodo positivo. Los materiales del cátodo de las baterías de iones de litio incluyen principalmente óxido de cobalto de litio, manganato de litio, óxido de níquel y litio, materiales ternarios, fosfato de hierro y litio, etc. Entre ellos, el óxido de cobalto y litio es el material del cátodo utilizado en la gran mayoría de las baterías de iones de litio.
significado
En el mercado de comercio de metales, el cobalto (Co) es caro y no hay mucho almacenamiento, el níquel (Ni) y el manganeso (Mn) son más baratos y el hierro (Fe) se almacena más. Los precios de los materiales catódicos también están en línea con los de estos metales. Por lo tanto, las baterías de iones de litio fabricadas con materiales de cátodo LiFePO4 deberían ser bastante económicas. Otra de sus características es que es respetuoso con el medio ambiente y no contamina.
Como batería recargable, los requisitos son: alta capacidad, alto voltaje de salida, buen rendimiento del ciclo de carga y descarga, voltaje de salida estable, carga y descarga de alta corriente, estabilidad electroquímica y seguridad en el uso (no debido a sobrecarga, sobredescarga y cortocircuito). circuito). Puede causar combustión o explosión debido a una operación incorrecta), amplio rango de temperatura de funcionamiento, no tóxico o menos tóxico y sin contaminación para el medio ambiente. Las baterías LiFePO4 que utilizan LiFePO4 como electrodo positivo tienen buenos requisitos de rendimiento, especialmente en términos de descarga de gran tasa de descarga (descarga de 5 ~ 10C), voltaje de descarga estable, seguridad (no se quema, no explota), vida (tiempos de ciclo)), No contamina el medio ambiente, es bueno y actualmente es la mejor batería de potencia de salida de alta corriente.
Estructura y principio de funcionamiento
LiFePO4 se utiliza como electrodo positivo de la batería. Está conectado al electrodo positivo de la batería mediante una lámina de aluminio. En el medio hay un separador de polímero, que separa el electrodo positivo del electrodo negativo, pero el ion de litio Li puede pasar pero el electrón e- no puede pasar. El lado derecho está compuesto de carbono (grafito). El electrodo negativo de la batería está conectado al electrodo negativo de la batería mediante una lámina de cobre. Entre los extremos superior e inferior de la batería se encuentra el electrolito de la batería, y la batería está herméticamente sellada por una carcasa de metal. Cuando se cargan las baterías LiFePO4, los iones de litio Li del electrodo positivo migran al electrodo negativo a través del separador de polímero; durante el proceso de descarga, los iones de litio Li en el electrodo negativo migran al electrodo positivo a través del separador. Las baterías de iones de litio llevan el nombre de los iones de litio que migran de un lado a otro durante la carga y la descarga.
rendimiento principal
El voltaje nominal de la batería LiFePO4 es de 3,2 V, el voltaje de carga final es de 3,6 V y el voltaje de descarga final es de 2,0 V. Debido a la diferente calidad y proceso de materiales de electrodos positivos y negativos y materiales de electrolitos utilizados por varios fabricantes, habrá algunas diferencias en su rendimiento. Por ejemplo, la capacidad de la batería del mismo tipo (batería estándar en el mismo paquete) es bastante diferente (10% a 20%).
Cabe señalar aquí que las baterías eléctricas de fosfato de hierro y litio producidas por diferentes fábricas tendrán algunas diferencias en varios parámetros de rendimiento; Además, no se incluye parte del rendimiento de la batería, como la resistencia interna de la batería, la tasa de autodescarga, la temperatura de carga y descarga, etc.
La capacidad de las baterías de energía de fosfato de hierro y litio es bastante diferente y se puede dividir en tres categorías: décimas pequeñas a unos pocos miliamperios por hora, decenas medianas de miliamperios por hora y cientos grandes de miliamperios por hora. También hay algunas diferencias en los mismos parámetros de diferentes tipos de baterías.
Prueba de sobredescarga a voltaje cero: Se usó una batería de fosfato de hierro y litio STL18650 (1100 mAh) para la prueba de descarga a voltaje cero.
Condiciones de prueba: la batería STL18650 de 1100 mAh se carga completamente con una tasa de carga de 0,5 C y luego se descarga a un voltaje de batería de 0 C con una tasa de descarga de 1,0 C. Luego divida las baterías colocadas a 0V en dos grupos: un grupo se almacena durante 7 días y el otro grupo se almacena durante 30 días; una vez que expira el almacenamiento, se carga completamente con una tasa de carga de 0,5 C y luego se descarga con 1,0 C. Compare la diferencia entre los dos períodos de almacenamiento de voltaje cero.
El resultado de la prueba es que después de 7 días de almacenamiento de voltaje cero, la batería no tiene fugas, tiene un buen rendimiento y la capacidad es del 100%; después de 30 días de almacenamiento, no hay fugas, buen rendimiento y la capacidad es del 98%; después de 30 días de almacenamiento, la batería se somete a 3 ciclos de carga y descarga, la capacidad vuelve al 100%. Esta prueba muestra que incluso si la batería de fosfato de hierro y litio se descarga en exceso (incluso a 0 V) y se almacena durante un cierto período de tiempo, la batería no tendrá fugas ni se dañará. Esta es una característica que otros tipos de baterías de iones de litio no tienen.
Ventaja
- Mejora del rendimiento de seguridad El enlace P-O en el cristal de fosfato de hierro y litio es estable y difícil de descomponer. Incluso a altas temperaturas o sobrecargas, no colapsará ni generará calor como el óxido de cobalto de litio ni formará sustancias oxidantes fuertes, por lo que tiene una buena seguridad. sexo. Un informe señaló que en la operación real, se encontró que una pequeña cantidad de muestras se estaban quemando en los experimentos de acupuntura o cortocircuito, pero no hubo explosión. fenómeno de explosión. Aun así, su seguridad de sobrecarga ha mejorado mucho en comparación con las baterías de óxido de cobalto y litio de electrolito líquido ordinarias.
- Mejora de la vida útil La batería de fosfato de hierro y litio se refiere a una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio como material de electrodo positivo. El ciclo de vida de las baterías de plomo-ácido de larga duración es de aproximadamente 300 veces, y el más alto es de 500 veces, mientras que el ciclo de vida de las baterías de fosfato de hierro y litio puede alcanzar más de 2000 veces, y la carga estándar (tasa de 5 horas) puede llegar a 2.000 veces. La batería de plomo-ácido de la misma calidad es "nueva medio año, vieja medio año y mantenimiento y mantenimiento durante medio año", que suele ser de 1 a 1,5 años, mientras que la batería de fosfato de hierro y litio se utiliza en las mismas condiciones, y la vida teórica alcanzará de 7 a 8 años. Consideración integral, la relación rendimiento-precio es teóricamente más de 4 veces mayor que la de las baterías de plomo-ácido. La descarga de alta corriente puede cargar y descargar rápidamente 2C de alta corriente. Bajo el cargador especial, la batería se puede cargar completamente dentro de los 40 minutos de la carga de 1.5C, y la corriente de arranque puede alcanzar los 2C, pero las baterías de plomo-ácido no tienen este rendimiento.
- Buen rendimiento a altas temperaturas, el pico de calentamiento eléctrico del fosfato de hierro y litio puede alcanzar los 350 ℃-500 ℃, mientras que el manganato de litio y el cobaltato de litio están solo alrededor de los 200 ℃. Amplio rango de temperatura de funcionamiento (-20C--75C), resistencia a altas temperaturas, el pico electrotérmico de fosfato de hierro y litio puede alcanzar los 350 ℃-500 ℃, mientras que el manganato de litio y el cobaltato de litio tienen solo alrededor de 200 ℃.
- Las baterías recargables de gran capacidad ∩ a menudo funcionan bajo la condición de que estén completamente cargadas, y la capacidad caerá rápidamente por debajo de la capacidad nominal. Este fenómeno se llama efecto memoria. Al igual que las baterías de hidruro de níquel-metal y de níquel-cadmio, hay memoria, pero las baterías de fosfato de hierro y litio no tienen este fenómeno. No importa en qué estado se encuentre la batería, se puede usar en cualquier momento sin tener que descargarla antes de cargarla.
- peso ligero
El volumen de la batería de fosfato de hierro y litio con la misma especificación y capacidad es 2/3 del volumen de la batería de plomo-ácido, y el peso es 1/3 del volumen de la batería de plomo-ácido.
- Protección del medio ambiente
Las baterías de fosfato de hierro y litio generalmente se consideran libres de metales pesados y metales raros (las baterías de hidruro de níquel-metal requieren metales raros), no tóxicas (certificadas por SGS), no contaminantes, cumplen con las regulaciones europeas RoHS y son un absoluto certificado de batería verde. Por lo tanto, la razón por la que la industria prefiere las baterías de litio es principalmente la protección del medio ambiente.