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  1. 磷酸铁锂电池


    一、介绍

    磷酸铁锂电池属(shǔ)于(yú)锂离子二次电池,一个主要用途是用(yòng)于动力电(diàn)池,相对NI-MH、Ni-Cd电池有很大优(yōu)势。磷酸铁锂电池充放(fàng)电效率较高,倍(bèi)率放电情况下充放电效率可(kě)达90%以上,而铅酸电池约为(wéi)80%。

    二、优势

    1.安全性能的改善

    磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固,难以分解,即便在高温或过充时也(yě)不会(huì)像钴酸锂一样结构崩(bēng)塌发热或是形成强氧化(huà)性物质,因此(cǐ)拥有良好(hǎo)的安(ān)全(quán)性。有(yǒu)报告指出,实际操(cāo)作中针刺或短路实验(yàn)中发现有小部(bù)分样品(pǐn)出现燃(rán)烧现象,但未出现一例爆炸事件,而(ér)过充实验中使用大大超出自身放电(diàn)电压数倍的高电压充电,发现依然有爆炸现象(xiàng)。虽然如此,其过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池,已大有改(gǎi)善。

    2.寿命的改善

    长寿命铅酸电池的循(xún)环寿命在300次左右(yòu),最高也就500次,而(ér)磷酸铁锂动力电池,循(xún)环寿命达到2000次以上,标准充电(5小时率)使用,可达到(dào)2000次。同质量(liàng)的铅酸电(diàn)池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”,最多也就1~1.5年时(shí)间,而磷酸铁锂电池在同样条件下使(shǐ)用(yòng),理论寿命将达到7~8年。综(zōng)合考虑,性能价格比理论(lùn)上为铅酸电池的4倍以上(shàng)。大(dà)电流放电可大电流2C快速充(chōng)放电,在专用充电器(qì)下,1.5C充电40分钟内即可(kě)使电池(chí)充满,起动电(diàn)流可达2C,而铅酸电池无此性能。

    3.高温(wēn)性能好

    磷(lín)酸(suān)铁锂电热峰(fēng)值可达(dá)350℃-500℃而锰酸(suān)锂和钴(gǔ)酸锂只在(zài)200℃左右(yòu)。工作温度范(fàn)围宽广(-20C--+75C),有(yǒu)耐高温特性磷(lín)酸铁锂电热峰值(zhí)可达350℃-500℃,而锰酸锂和(hé)钴酸(suān)锂(lǐ)只在200℃左右。

    4.大容量

    具有比普通电池(铅(qiān)酸等)更大的容量。单体(tǐ)容量(liàng)为5AH-1000AH。

    5.无记(jì)忆效应

    可充电池在经常处(chù)于充满不放(fàng)完的条件下工作,容量会迅(xùn)速(sù)低于额定容量值,这种现(xiàn)象叫(jiào)做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记(jì)忆性,而磷酸铁锂电池(chí)无此现象,电(diàn)池(chí)无(wú)论处于什么状态,可随充随用,无须先放(fàng)完(wán)再充电。

    6.重(chóng)量轻

    同等规格容量的磷酸铁(tiě)锂(lǐ)电池(chí)的体积是铅(qiān)酸电池体积的2/3,重量是铅酸电池的1/3。

    7.环保

    该电池一般被(bèi)认为是不(bú)含任何重金属与稀有金属(镍(niè)氢电(diàn)池需稀有金(jīn)属),无毒(SGS认证(zhèng)通过),无污染,符合(hé)欧洲RoHS规定,为绝对(duì)的绿色环保电池证。所以锂电池之所(suǒ)以被业界看好,主要是环保考量,因此该电池(chí)又列入了“十五”期间(jiān)的“863”国家高科技发展计划(huá),成为国家重点支持和(hé)鼓(gǔ)励发展的项(xiàng)目。随着中国加入WTO,中国(guó)电动自(zì)行车的(de)出口(kǒu)量(liàng)将迅速增大(dà),而进(jìn)入欧美的电动自行车已要求(qiú)配备无污染电池。

    三、缺点

    一种材料是否具有应(yīng)用发(fā)展潜(qián)力,除了关注其(qí)优点外(wài),更为关键的是该材(cái)料是否具有根本性的缺陷(xiàn)。

    1、在磷酸铁锂(lǐ)制备时(shí)的(de)烧结(jié)过程中,氧化(huà)铁在高温还原性气氛下存在(zài)被还原成单质铁的可能性。单质铁(tiě)会引起电池的微短路,是电(diàn)池中最(zuì)忌讳的物(wù)质(zhì)。这也是(shì)日本(běn)一直不将(jiāng)该材(cái)料作为动力型(xíng)锂离子电池正极(jí)材料(liào)的(de)主(zhǔ)要(yào)原因;

    2、磷(lín)酸铁锂存(cún)在一些性能(néng)上(shàng)的缺陷,如振实密度(dù)与压实(shí)密度(dù)很低,导(dǎo)致锂离子电池的能量密度较低。低温性能较差,即使将其纳米(mǐ)化和碳包覆也没有解(jiě)决这一问题。美国(guó)阿贡国家(jiā)实验室储能系统中心(xīn)主任(rèn)Don Hillebrand博士谈到磷酸锂(lǐ)铁电池低温性能的时候,他用terrible来形容,他们对磷酸(suān)铁(tiě)锂型锂离子电(diàn)池测试结(jié)果表明表明磷酸(suān)铁锂电池在低温(wēn)下(0℃以下(xià))无法使电动汽车行驶。尽管也有厂(chǎng)家宣称(chēng)磷酸锂铁电池(chí)在低温(wēn)下容量保持率还不错,但是那是在放电电流较小(xiǎo)和(hé)放电截(jié)止电压很低的情(qíng)况下(xià)。在这种状况下(xià),设备根本就无法(fǎ)启动工(gōng)作。

    3、材料的制备成本(běn)与电池(chí)的制造成本较(jiào)高,电池成(chéng)品率(lǜ)低,一致性(xìng)差。磷酸铁锂的(de)纳(nà)米化和碳包(bāo)覆尽管提高了材料(liào)的电化学(xué)性能,但是也带来了其它问(wèn)题,如能量(liàng)密度的降低、合成(chéng)成本的提高(gāo)、电极加工性(xìng)能不(bú)良以及对环境要(yào)求(qiú)苛刻等问题。尽管磷酸铁锂中的化(huà)学(xué)元素Li,Fe与(yǔ)P很丰富,成本也较低,但是制备出的磷(lín)酸铁锂产品成本(běn)并不低,即使去掉前期的研发成本,该(gāi)材料的工艺成本(běn)加(jiā)上较高的制备电(diàn)池的成本,会使得最(zuì)终单位储能电量的成本较高。

    4、产品一致性(xìng)差。目(mù)前国内还没有一家(jiā)磷酸铁锂材料厂能够(gòu)解决这一问(wèn)题。从材料制备角度来说,磷酸铁(tiě)锂的合成反应(yīng)是一个复杂的多(duō)相反应(yīng),有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐,外加碳的(de)前驱(qū)体以及还(hái)原性气相。在这一复杂的反(fǎn)应过程中,很难保证反应(yīng)的一致性。

    五、意义

    在金属交易市场,钴(Co)最贵,并且存储量不多,镍(Ni)、锰(Mn)较便宜,而铁(tiě)(Fe)最便宜。正(zhèng)极材(cái)料的价格也与这些金属(shǔ)的(de)价格行(háng)情一致。因此(cǐ),采用(yòng)LiFePO4正极材(cái)料(liào)做(zuò)成(chéng)的锂离(lí)子电池(chí)应是最便宜的。它的另(lìng)一个特点是对环(huán)境(jìng)无污(wū)染。

    作为充电电池的要求是(shì):容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定(dìng)、能大电流充放电、电化学(xué)稳定性能(néng)、使用中安全(不会因(yīn)过充(chōng)电、过放电及短路等操作不当(dāng)而(ér)引起燃烧或爆炸)、工(gōng)作温度范围宽、无(wú)毒或少(shǎo)毒、对环境无污染。采用(yòng)LiFePO4作(zuò)正极的磷酸铁(tiě)锂电池在这(zhè)些性能要求上都(dōu)不(bú)错,特别在大(dà)放(fàng)电率放电(5~10C放电)、放电电压(yā)平稳上、安全上(不燃烧(shāo)、不爆炸)、寿(shòu)命上(循环(huán)次数)、对环境无污染上,它是最好的(de),是目前最好的大电流(liú)输出(chū)动力电池(chí)。


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