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磷酸铁锂電(diàn)池的全名是磷酸铁锂锂离子電(diàn)池,这名字太長(cháng),简称為(wèi)磷酸铁锂電(diàn)池。由于它的性能(néng)特别适于作动力方面的应用(yòng),则在名称中加入“动力”两字,即磷酸铁锂动力電(diàn)池。也有(yǒu)人把它称為(wèi)“锂铁(LiFe)动力電(diàn)池”。
工作原理(lǐ)
磷酸铁锂電(diàn)池,是指用(yòng)磷酸铁锂作為(wèi)正极材料的锂离子電(diàn)池。 锂离子電(diàn)池的正极材料主要有(yǒu)钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多(duō)数锂离子電(diàn)池使用(yòng)的正极材料。
意义
金属交易市场,钴(Co)最贵,并且存储量不多(duō),镍(Ni)、锰(Mn)较便宜,而铁(Fe)存储量较多(duō)。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此,采用(yòng)LiFePO4正极材料做成的锂离子電(diàn)池应是挺便宜的。它的另一个特点是对环境环保无污染。
作為(wèi)充電(diàn)電(diàn)池的要求是:容量高、输出電(diàn)压高、良好的充放電(diàn)循环性能(néng)、输出電(diàn)压稳定、能(néng)大電(diàn)流充放電(diàn)、電(diàn)化學(xué)稳定性能(néng)、使用(yòng)中安全(不会因过充電(diàn)、过放電(diàn)及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用(yòng)LiFePO4作正极的磷酸铁锂電(diàn)池在这些性能(néng)要求上都不错,特别在大放電(diàn)率放電(diàn)(5~10C放電(diàn))、放電(diàn)電(diàn)压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上,它是最好的,是目前最好的大電(diàn)流输出动力電(diàn)池。
结构与工作原理(lǐ)
LiFePO4作為(wèi)電(diàn)池的正极,由铝箔与電(diàn)池正极连接,中间是聚合物(wù)的隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子Li可(kě)以通过而電(diàn)子e-不能(néng)通过,右边是由碳(石墨)组成的電(diàn)池负极,由铜箔与電(diàn)池的负极连接。電(diàn)池的上下端之间是電(diàn)池的電(diàn)解质,電(diàn)池由金属外壳密闭封装。
LiFePO4電(diàn)池在充電(diàn)时,正极中的锂离子Li通过聚合物(wù)隔膜向负极迁移;在放電(diàn)过程中,负极中的锂离子Li通过隔膜向正极迁移。锂离子電(diàn)池就是因锂离子在充放電(diàn)时来回迁移而命名的。
主要性能(néng)
LiFePO4電(diàn)池的标称電(diàn)压是3.2V、终止充電(diàn)電(diàn)压是3.6V、终止放電(diàn)压是2.0V。由于各个生产厂家采用(yòng)的正、负极材料、電(diàn)解质材料的质量及工艺不同,其性能(néng)上会有(yǒu)些差异。例如同一种型号(同一种封装的标准電(diàn)池),其電(diàn)池的容量有(yǒu)较大差别(10%~20%)。
这里要说明的是,不同工厂生产的磷酸铁锂动力電(diàn)池在各项性能(néng)参数上会有(yǒu)一些差别;另外,有(yǒu)一些電(diàn)池性能(néng)未列入,如電(diàn)池内阻、自放電(diàn)率、充放電(diàn)温度等。
磷酸铁锂动力電(diàn)池的容量有(yǒu)较大差别,可(kě)以分(fēn)成三类:小(xiǎo)型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型電(diàn)池的同类参数也有(yǒu)一些差异。
过放電(diàn)到零電(diàn)压试验:
采用(yòng)STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂动力電(diàn)池做过放電(diàn)到零電(diàn)压试验。试验条件:用(yòng)0.5C充電(diàn)率将1100mAh的STL18650電(diàn)池充满,然后用(yòng)1.0C放電(diàn)率放電(diàn)到電(diàn)池電(diàn)压為(wèi)0C。再将放到0V的電(diàn)池分(fēn)两组:一组存放7天,另一组存放30天;存放到期后再用(yòng)0.5C充電(diàn)率充满,然后用(yòng)1.0C放電(diàn)。最后比较两种零電(diàn)压存放期不同的差别。
试验的结果是,零電(diàn)压存放7天后電(diàn)池无泄漏,性能(néng)良好,容量為(wèi)100%;存放30天后,无泄漏、性能(néng)良好,容量為(wèi)98%;存放30天后的電(diàn)池再做3次充放電(diàn)循环,容量又(yòu)恢复到100%。
这试验说明该磷酸铁锂電(diàn)池即使出现过放電(diàn)(甚至到0V),并存放一定时间,電(diàn)池也不泄漏、损坏。这是其他(tā)种类锂离子電(diàn)池不具有(yǒu)的特性。
优势
1、安全性能(néng)的改善
磷酸铁锂晶體(tǐ)中的P-O键稳固,难以分(fēn)解,即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物(wù)质,因此拥有(yǒu)良好的安全性。有(yǒu)报告指出,实际操作中针刺或短路实验中发现有(yǒu)小(xiǎo)部分(fēn)样品出现燃烧现象,但未出现一例爆炸事件,而过充实验中使用(yòng)大大超出自身放電(diàn)電(diàn)压数倍的高電(diàn)压充電(diàn),发现依然有(yǒu)爆炸现象。虽然如此,其过充安全性较之普通液态電(diàn)解液钴酸锂電(diàn)池,已大有(yǒu)改善。
2、寿命的改善
磷酸铁锂電(diàn)池是指用(yòng)磷酸铁锂作為(wèi)正极材料的锂离子電(diàn)池。
長(cháng)寿命铅酸電(diàn)池的循环寿命在300次左右,最高也就500次,而磷酸铁锂动力電(diàn)池,循环寿命达到2000次以上,标准充電(diàn)(5小(xiǎo)时率)使用(yòng),可(kě)达到2000次。同质量的铅酸電(diàn)池是“新(xīn)半年、旧半年、维护维护又(yòu)半年”,最多(duō)也就1~1.5年时间,而磷酸铁锂電(diàn)池在同样条件下使用(yòng),理(lǐ)论寿命将达到7~8年。综合考虑,性能(néng)价格比理(lǐ)论上為(wèi)铅酸電(diàn)池的4倍以上。大電(diàn)流放電(diàn)可(kě)大電(diàn)流2C快速充放電(diàn),在专用(yòng)充電(diàn)器下,1.5C充電(diàn)40分(fēn)钟内即可(kě)使電(diàn)池充满,起动電(diàn)流可(kě)达2C,而铅酸電(diàn)池无此性能(néng)。
3、高温性能(néng)好
磷酸铁锂電(diàn)热峰值可(kě)达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广(-20C– 75C),有(yǒu)耐高温特性磷酸铁锂電(diàn)热峰值可(kě)达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。
4、大容量
∩充電(diàn)池在经常处于充满不放完的条件下工作,容量会迅速低于额定容量值,这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉電(diàn)池存在记忆性,而磷酸铁锂電(diàn)池无此现象,電(diàn)池无论处于什么状态,可(kě)随
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