Sette vantaggi delle batterie al litio ferro fosfato

Six advantages of lithium iron phosphate batteries

Il nome completo della batteria al litio ferro fosfato è batteria agli ioni di litio al litio ferro fosfato, che è troppo lunga e viene denominata in breve batteria al litio ferro fosfato. Poiché le sue prestazioni sono particolarmente adatte per applicazioni di potenza, al nome viene aggiunta la parola "potenza", ovvero batteria di alimentazione al litio ferro fosfato. Viene anche chiamata "batteria di alimentazione al litio ferro (LiFe)".

principio di funzionamento

La batteria al litio ferro fosfato si riferisce a una batteria agli ioni di litio che utilizza il litio ferro fosfato come materiale per elettrodi positivi. I materiali catodici delle batterie agli ioni di litio includono principalmente ossido di cobalto di litio, manganato di litio, ossido di nichel e litio, materiali ternari, fosfato di ferro e litio, ecc. Tra questi, l'ossido di cobalto di litio è il materiale catodico utilizzato nella stragrande maggioranza delle batterie agli ioni di litio .

significato

Nel mercato del commercio di metalli, il cobalto (Co) è costoso e non c'è molto stoccaggio, il nichel (Ni) e il manganese (Mn) sono più economici e il ferro (Fe) è più immagazzinato. Anche i prezzi dei materiali catodici sono in linea con quelli di questi metalli. Pertanto, le batterie agli ioni di litio realizzate con materiali catodici LiFePO4 dovrebbero essere piuttosto economiche. Un'altra caratteristica è che è ecologico e non inquinante.

Come batteria ricaricabile, i requisiti sono: alta capacità, alta tensione di uscita, buone prestazioni del ciclo di carica-scarica, tensione di uscita stabile, alta corrente di carica-scarica, stabilità elettrochimica e sicurezza nell'uso (non a causa di sovraccarico, scarica eccessiva e cortocircuito circuito). Può causare combustione o esplosione a causa di un funzionamento improprio), ampio intervallo di temperature di esercizio, non tossico o meno tossico e nessun inquinamento per l'ambiente. Le batterie LiFePO4 che utilizzano LiFePO4 come elettrodo positivo hanno buoni requisiti di prestazione, soprattutto in termini di grande velocità di scarica (5 ~ 10 °C di scarica), tensione di scarica stabile, sicurezza (non brucia, non esplode), vita (tempi di ciclo)), nessun inquinamento per l'ambiente, è buono ed è attualmente la migliore batteria di alimentazione ad alta corrente.

Struttura e principio di funzionamento

LiFePO4 viene utilizzato come elettrodo positivo della batteria. È collegato all'elettrodo positivo della batteria da un foglio di alluminio. Nel mezzo c'è un separatore polimerico, che separa l'elettrodo positivo dall'elettrodo negativo, ma lo ione di litio Li può passare ma l'elettrone e- non può passare. Il lato destro è composto da carbonio (grafite). L'elettrodo negativo della batteria è collegato all'elettrodo negativo della batteria tramite una lamina di rame. Tra le estremità superiore e inferiore della batteria c'è l'elettrolita della batteria e la batteria è sigillata ermeticamente da un involucro di metallo. Quando le batterie LiFePO4 sono cariche, gli ioni di litio Li nell'elettrodo positivo migrano verso l'elettrodo negativo attraverso il separatore di polimeri; durante il processo di scarica, gli ioni di litio Li nell'elettrodo negativo migrano verso l'elettrodo positivo attraverso il separatore. Le batterie agli ioni di litio prendono il nome dagli ioni di litio che migrano avanti e indietro durante la carica e la scarica.

Prestazione principale

La tensione nominale della batteria LiFePO4 è 3,2 V, la tensione di carica finale è 3,6 V e la tensione di scarica finale è 2,0 V. A causa della diversa qualità e del processo dei materiali per elettrodi positivi e negativi e dei materiali per elettroliti utilizzati da vari produttori, ci saranno alcune differenze nelle loro prestazioni. Ad esempio, la capacità della batteria dello stesso tipo (batteria standard nella stessa confezione) è abbastanza diversa (dal 10% al 20%).

Va notato qui che le batterie di alimentazione al litio ferro fosfato prodotte da diversi stabilimenti avranno alcune differenze nei vari parametri di prestazione; inoltre, alcune prestazioni della batteria non sono incluse, come la resistenza interna della batteria, il tasso di autoscarica, la temperatura di carica e scarica, ecc.

La capacità delle batterie di alimentazione al litio ferro fosfato è molto diversa e può essere suddivisa in tre categorie: da piccoli decimi a pochi milliampere, medie decine di milliampere e grandi centinaia di milliampere. Ci sono anche alcune differenze negli stessi parametri di diversi tipi di batterie.

Test di sovrascarica a tensione zero: per il test di scarica a tensione zero è stata utilizzata la batteria di alimentazione al litio ferro fosfato STL18650 (1100 mAh).

Condizioni del test: la batteria STL18650 da 1100 mAh è completamente carica con una velocità di carica di 0,5 °C, quindi scaricata a una tensione della batteria di 0 °C con una velocità di scarica di 1,0 °C. Quindi dividere le batterie poste a 0V in due gruppi: un gruppo viene conservato per 7 giorni e l'altro gruppo viene conservato per 30 giorni; dopo la scadenza della memoria, viene completamente caricata con una velocità di carica di 0,5 °C e quindi scaricata con 1,0 °C. Confronta la differenza tra i due periodi di stoccaggio a tensione zero.

Il risultato del test è che dopo 7 giorni di conservazione a tensione zero, la batteria non ha perdite, buone prestazioni e la capacità è del 100%; dopo 30 giorni di conservazione, non ci sono perdite, buone prestazioni e la capacità è del 98%; dopo 30 giorni di conservazione, la batteria viene sottoposta a 3 cicli di carica-scarica, La capacità torna al 100%. Questo test mostra che anche se la batteria al litio ferro fosfato viene scaricata eccessivamente (anche a 0 V) ​​e conservata per un certo periodo di tempo, la batteria non perderà né verrà danneggiata. Questa è una caratteristica che altri tipi di batterie agli ioni di litio non hanno.

Vantaggio

  1. Miglioramento delle prestazioni di sicurezza Il legame PO nel cristallo di litio ferro fosfato è stabile e difficile da decomporre. Anche ad alta temperatura o sovraccarico, non collasserà e non genererà calore come l'ossido di cobalto di litio o formerà forti sostanze ossidanti, quindi ha una buona sicurezza. sesso. Un rapporto ha sottolineato che durante l'operazione vera e propria, un piccolo numero di campioni è stato trovato bruciato durante gli esperimenti di agopuntura o cortocircuito, ma non si è verificata alcuna esplosione. fenomeno esplosivo. Anche così, la sua sicurezza di sovraccarico è stata notevolmente migliorata rispetto alle normali batterie all'ossido di cobalto di litio a elettrolita liquido.
  1. Miglioramento della durata La batteria al litio ferro fosfato si riferisce a una batteria agli ioni di litio che utilizza il litio ferro fosfato come materiale dell'elettrodo positivo. La durata del ciclo delle batterie al piombo acido a lunga durata è di circa 300 volte e la più alta è di 500 volte, mentre la durata del ciclo delle batterie al litio ferro fosfato può raggiungere più di 2.000 volte e la ricarica standard (velocità di 5 ore) può raggiungere 2.000 volte. La batteria al piombo della stessa qualità è "nuovo semestre, vecchio semestre e manutenzione e manutenzione per sei mesi", che di solito è da 1 a 1,5 anni, mentre la batteria al litio ferro fosfato viene utilizzata nelle stesse condizioni e la vita teorica raggiungerà da 7 a 8 anni. Considerazione completa, il rapporto qualità-prezzo è teoricamente più di 4 volte quello delle batterie al piombo. La scarica ad alta corrente può caricare e scaricare rapidamente 2C ad alta corrente. Con il caricatore speciale, la batteria può essere caricata completamente entro 40 minuti dalla carica di 1,5 °C e la corrente di avviamento può raggiungere i 2 °C, ma le batterie al piombo non hanno queste prestazioni.
  1. Buone prestazioni alle alte temperature, il picco di riscaldamento elettrico del fosfato di ferro e litio può raggiungere i 350 ℃-500 ℃, mentre il manganato di litio e il cobaltato di litio sono solo di circa 200 ℃. Ampio intervallo di temperatura di esercizio (-20°C--75°C), resistenza alle alte temperature, picco elettrotermico al litio ferro fosfato può raggiungere 350 ℃-500 ℃, mentre il manganato di litio e il cobaltato di litio sono solo circa 200 ℃.
  1. Le batterie ricaricabili ∩ di grande capacità spesso funzionano a condizione di essere completamente cariche e la capacità scenderà rapidamente al di sotto della capacità nominale. Questo fenomeno è chiamato effetto memoria. Come le batterie al nichel-metallo idruro e al nichel-cadmio, c'è memoria, ma le batterie al litio ferro fosfato non hanno questo fenomeno. Indipendentemente dallo stato in cui si trova la batteria, può essere utilizzata in qualsiasi momento senza doverla scaricare prima di caricarla.
  1. Leggero

Il volume della batteria al litio ferro fosfato con le stesse specifiche e capacità è 2/3 del volume della batteria al piombo e il peso è 1/3 della batteria al piombo.

  1. Protezione ambientale

Le batterie al litio ferro fosfato sono generalmente considerate prive di metalli pesanti e metalli rari (le batterie al nichel-metallo idruro richiedono metalli rari), non tossiche (certificate SGS), non inquinanti, conformi alle normative RoHS europee e sono un assoluto certificato di batteria verde. Pertanto, il motivo per cui le batterie al litio sono preferite dall'industria è principalmente la protezione dell'ambiente.


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