Pełna nazwa baterii litowo-żelazowo-fosforanowej to bateria litowo-jonowa z fosforanem litowo-żelazowym, która jest zbyt długa i jest w skrócie określana jako bateria litowo-żelazowo-fosforanowa. Ponieważ jego wydajność jest szczególnie odpowiednia do zastosowań związanych z zasilaniem, do nazwy dodano słowo „moc”, czyli akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy. Jest również nazywany „akumulatorem litowo-żelazowym (LiFe)”.
zasada działania
Bateria litowo-żelazowo-fosforanowa odnosi się do baterii litowo-jonowej wykorzystującej fosforan litowo-żelazowy jako materiał elektrody dodatniej. Materiały katodowe akumulatorów litowo-jonowych obejmują głównie tlenek litowo-kobaltowy, manganian litu, tlenek litowo-niklowy, materiały trójskładnikowe, fosforan litowo-żelazowy itp. Wśród nich tlenek litowo-kobaltowy jest materiałem katodowym stosowanym w zdecydowanej większości akumulatorów litowo-jonowych.
znaczenie
Na rynku handlu metalami kobalt (Co) jest drogi i nie ma zbyt wiele miejsca do magazynowania, nikiel (Ni) i mangan (Mn) są tańsze, a żelazo (Fe) jest bardziej magazynowane. Ceny materiałów katodowych są również zgodne z cenami tych metali. Dlatego baterie litowo-jonowe wykonane z materiałów katodowych LiFePO4 powinny być dość tanie. Inną jego cechą jest to, że jest przyjazny dla środowiska i nie zanieczyszcza środowiska.
Jako akumulator, wymagania to: duża pojemność, wysokie napięcie wyjściowe, dobra wydajność cyklu ładowania i rozładowania, stabilne napięcie wyjściowe, ładowanie-rozładowanie o wysokim natężeniu, stabilność elektrochemiczna i bezpieczeństwo użytkowania (nie z powodu przeładowania, nadmiernego rozładowania i krótkiego okrążenie). Może spowodować spalanie lub wybuch z powodu niewłaściwej obsługi), szeroki zakres temperatur pracy, nietoksyczny lub mniej toksyczny oraz brak zanieczyszczenia środowiska. Akumulatory LiFePO4 wykorzystujące LiFePO4 jako elektrodę dodatnią mają dobre wymagania dotyczące wydajności, szczególnie pod względem rozładowania o dużej szybkości rozładowania (rozładowanie 5 ~ 10C), stabilnego napięcia rozładowania, bezpieczeństwa (bez spalania, bez wybuchu), żywotności (czasy cyklu) ), brak zanieczyszczeń dla środowiska, jest dobry i jest obecnie najlepszą wysokoprądową baterią wyjściową.
Struktura i zasada działania
LiFePO4 jest używany jako elektroda dodatnia akumulatora. Jest on połączony z dodatnią elektrodą akumulatora folią aluminiową. W środku znajduje się polimerowy separator, który oddziela elektrodę dodatnią od elektrody ujemnej, ale jon litu Li może przejść, ale elektron e- nie może przejść. Prawa strona składa się z węgla (grafitu). Elektroda ujemna akumulatora jest połączona z elektrodą ujemną akumulatora za pomocą folii miedzianej. Pomiędzy górnym i dolnym końcem akumulatora znajduje się elektrolit akumulatora, a akumulator jest hermetycznie zamknięty metalową obudową. Gdy akumulatory LiFePO4 są ładowane, jony litu Li w elektrodzie dodatniej migrują do elektrody ujemnej przez separator polimerowy; podczas procesu rozładowania jony litu Li w elektrodzie ujemnej migrują do elektrody dodatniej przez separator. Baterie litowo-jonowe są nazwane od jonów litu migrujących tam iz powrotem podczas ładowania i rozładowywania.
Główna wydajność
Napięcie znamionowe akumulatora LiFePO4 wynosi 3,2 V, końcowe napięcie ładowania 3,6 V, a końcowe napięcie rozładowania 2,0 V. Ze względu na różną jakość i proces materiałów elektrod dodatnich i ujemnych oraz materiałów elektrolitycznych stosowanych przez różnych producentów, wystąpią pewne różnice w ich wydajności. Na przykład pojemność akumulatora tego samego typu (standardowa bateria w tym samym opakowaniu) jest zupełnie inna (10% do 20%).
Należy tutaj zauważyć, że akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe produkowane przez różne fabryki będą miały pewne różnice w różnych parametrach wydajności; ponadto nie uwzględniono niektórych parametrów baterii, takich jak rezystancja wewnętrzna baterii, szybkość samorozładowania, temperatura ładowania i rozładowania itp.
Pojemność akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych jest zupełnie inna i można ją podzielić na trzy kategorie: małe dziesiąte do kilku miliamperogodzin, średnie dziesiątki miliamperogodzin i duże setki miliamperogodzin. Istnieją również pewne różnice w tych samych parametrach różnych typów baterii.
Test nadmiernego rozładowania do zerowego napięcia: Do testu rozładowania do zerowego napięcia użyto akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego STL18650 (1100 mAh).
Warunki testowe: Akumulator 1100mAh STL18650 jest w pełni naładowany przy szybkości ładowania 0,5C, a następnie rozładowywany do napięcia akumulatora 0C przy szybkości rozładowania 1,0C. Następnie podziel baterie umieszczone pod napięciem 0V na dwie grupy: jedna grupa jest przechowywana przez 7 dni, a druga grupa jest przechowywana przez 30 dni; po wygaśnięciu czasu przechowywania jest w pełni ładowany z szybkością ładowania 0,5C, a następnie rozładowywany z szybkością 1,0C. Porównaj różnicę między dwoma okresami przechowywania bez napięcia.
Wynik testu jest taki, że po 7 dniach przechowywania przy zerowym napięciu bateria nie ma wycieków, ma dobrą wydajność, a pojemność wynosi 100%; po 30 dniach przechowywania nie ma wycieków, dobra wydajność, a pojemność wynosi 98%; po 30 dniach przechowywania akumulator poddawany jest 3 cyklom ładowania-rozładowania. Pojemność powraca do 100%. Ten test pokazuje, że nawet jeśli bateria litowo-żelazowo-fosforanowa jest nadmiernie rozładowana (nawet do 0 V) i przechowywana przez określony czas, bateria nie przecieka ani nie ulegnie uszkodzeniu. Jest to cecha, której nie posiadają inne typy akumulatorów litowo-jonowych.
Korzyść
- Poprawa parametrów bezpieczeństwa Wiązanie P-O w krysztale fosforanu litowo-żelazowego jest stabilne i trudne do rozkładu. Nawet w wysokiej temperaturze lub przeładowaniu nie zapadnie się i nie będzie generować ciepła, takiego jak tlenek litowo-kobaltowy, ani nie tworzy silnych substancji utleniających, dzięki czemu zapewnia dobre bezpieczeństwo. seks. W raporcie wskazano, że podczas rzeczywistej operacji podczas eksperymentów z akupunkturą lub zwarciem stwierdzono, że pali się niewielka liczba próbek, ale nie doszło do wybuchu. zjawisko wybuchu. Mimo to jego bezpieczeństwo przed przeładowaniem zostało znacznie ulepszone w porównaniu ze zwykłymi akumulatorami z ciekłym elektrolitem i tlenkiem kobaltu litowo-kobaltowego.
- Poprawa żywotności Bateria litowo-żelazowo-fosforanowa odnosi się do baterii litowo-jonowej, która wykorzystuje fosforan litowo-żelazowy jako materiał elektrody dodatniej. Cykl życia akumulatorów kwasowo-ołowiowych o długiej żywotności wynosi około 300 razy, a najwyższy to 500 razy, podczas gdy żywotność akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych może osiągnąć ponad 2000 razy, a standardowe ładowanie (stawka 5-godzinna) może osiągnąć 2000 razy. Akumulator kwasowo-ołowiowy o tej samej jakości to „nowy półroczny, stary półroczny oraz konserwacja i konserwacja przez pół roku”, co zwykle wynosi od 1 do 1,5 roku, podczas gdy akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy jest używany w tych samych warunkach, oraz teoretyczna żywotność wyniesie 7 do 8 lat. W sumie stosunek wydajności do ceny jest teoretycznie ponad 4 razy większy niż w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Wyładowanie wysokoprądowe może szybko ładować i rozładowywać wysokoprądowe 2C. Pod specjalną ładowarką akumulator można w pełni naładować w ciągu 40 minut od ładowania 1,5C, a prąd rozruchowy może osiągnąć 2C, ale akumulatory kwasowo-ołowiowe nie mają takiej wydajności.
- Dobra wydajność w wysokich temperaturach, szczyt ogrzewania elektrycznego fosforanu litowo-żelazowego może osiągnąć 350 ℃ -500 ℃, podczas gdy manganian litu i kobaltan litu wynoszą tylko około 200 ℃. Szeroki zakres temperatur pracy (-20C - 75C), odporność na wysoką temperaturę, szczyt elektrotermiczny fosforanu litowo-żelazowego może osiągnąć 350 ℃ -500 ℃, podczas gdy manganian litu i kobaltan litu to tylko około 200 ℃.
- Akumulatory o dużej pojemności ∩ często działają pod warunkiem pełnego naładowania, a ich pojemność szybko spada poniżej pojemności znamionowej. Zjawisko to nazywa się efektem pamięci. Podobnie jak akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe i niklowo-kadmowe, istnieje pamięć, ale akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe nie mają tego zjawiska. Bez względu na to, w jakim stanie znajduje się bateria, można z niej korzystać w dowolnym momencie bez konieczności rozładowywania jej przed ładowaniem.
- Lekka waga
Objętość akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego o tej samej specyfikacji i pojemności wynosi 2/3 objętości akumulatora kwasowo-ołowiowego, a waga 1/3 akumulatora kwasowo-ołowiowego.
- Ochrona środowiska
Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe są ogólnie uważane za wolne od metali ciężkich i rzadkich metali (akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe wymagają metali rzadkich), nietoksyczne (z certyfikatem SGS), nie zanieczyszczające środowiska, zgodne z europejskimi przepisami RoHS i bezwzględnie zielony certyfikat baterii. Dlatego powodem, dla którego baterie litowe są faworyzowane przez przemysł, jest przede wszystkim ochrona środowiska.