Compare las ventajas y desventajas de la batería de fosfato de hierro y litio

El nombre completo de la batería de fosfato de hierro y litio es batería de iones de litio de fosfato de hierro y litio. El nombre es demasiado largo, lo que se conoce como batería de fosfato de hierro y litio. Debido a que su rendimiento es particularmente adecuado para aplicaciones de energía, la palabra "energía" se agrega al nombre, es decir, batería de energía de fosfato de hierro y litio. Algunas personas lo llaman "batería de energía de hierro LiFe (LiFe)".

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. Hay muchos tipos de materiales de electrodos positivos para baterías de iones de litio, principalmente cobaltato de litio, manganato de litio, niquelato de litio, materiales ternarios, fosfato de hierro y litio y similares. Entre ellos, el cobaltato de litio es el material del cátodo utilizado en la mayoría de las baterías de iones de litio, y otros materiales del cátodo no se han producido en masa en el mercado por varias razones. El fosfato de hierro y litio también es una de las baterías de iones de litio. En principio, el fosfato de hierro y litio también es un proceso de incrustación / desintercalación, que es idéntico al cobaltato de litio y al manganato de litio.

La batería de fosfato de hierro y litio es una batería secundaria de iones de litio, y uno de sus principales usos es como batería de energía, que tiene grandes ventajas sobre las baterías NI-MH y Ni-Cd.

La eficiencia de carga y descarga de la batería de fosfato de hierro y litio es relativamente alta, entre el 85% y el 90%. La batería de plomo-ácido es aproximadamente del 80%.

Ventaja

1. Mejora del desempeño en seguridad

El enlace PO en el cristal de fosfato de hierro y litio es estable y difícil de descomponer, y no se colapsa ni se calienta como un cobaltato de litio ni forma una sustancia oxidante fuerte incluso a alta temperatura o sobrecarga, y por lo tanto tiene buena seguridad. Se ha informado que en la operación real, se encontró que una pequeña parte de la muestra tenía un fenómeno de quemado en la prueba de acupuntura o cortocircuito, pero no hubo un evento de explosión. En el experimento de sobrecarga, se utilizó una carga de alto voltaje que era varias veces mayor que el voltaje de autodescarga, y se encontró que aún existía el fenómeno de explosión. Sin embargo, su seguridad de sobrecarga se ha mejorado mucho en comparación con la batería de óxido de cobalto de litio y electrolito líquido ordinario.

2, la mejora de la vida

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.

La batería de plomo-ácido de larga duración tiene una vida útil de aproximadamente 300 veces y la más alta es de 500 veces. La batería de energía de fosfato de hierro y litio tiene un ciclo de vida de más de 2000 veces, y la carga estándar (tasa de 5 horas) se puede utilizar hasta 2000 veces. La batería de plomo-ácido de la misma calidad es "medio año nuevo, medio año viejo, mantenimiento y mantenimiento durante medio año", hasta 1 ~ 1,5 años, mientras que la batería de fosfato de hierro y litio se utiliza en las mismas condiciones, la vida teórica alcanzará 7 ~ 8 años. Teniendo en cuenta de manera integral, la relación precio-rendimiento es teóricamente más de cuatro veces mayor que la de las baterías de plomo-ácido. La descarga de alta corriente se puede cargar y descargar rápidamente con 2C de alta corriente. Bajo el cargador especial, la batería se puede cargar completamente en 1,5 minutos después de la carga de 1,5 ° C, y la corriente de arranque puede alcanzar los 2 ° C, pero la batería de plomo-ácido no tiene tal rendimiento.

3, rendimiento de alta temperatura

La temperatura máxima del fosfato de hierro y litio puede alcanzar los 350 ° C -500 ° C, mientras que el manganato de litio y el cobaltato de litio son solo alrededor de 200 ° C.Amplio rango de temperatura de funcionamiento (-20C - 75C), resistencia a altas temperaturas, calefacción eléctrica de fosfato de litio y hierro pico hasta 350 ° C -500 ° C y manganato de litio y óxido de cobalto de litio solo alrededor de 200 ° C.

4, gran capacidad

La batería recargable funciona en condiciones que a menudo no están completamente descargadas y la capacidad caerá rápidamente por debajo de la capacidad nominal. Este fenómeno se llama efecto memoria. Hay recuerdos como las baterías de níquel-hidruro metálico y de níquel-cadmio, pero las baterías de fosfato de hierro y litio no presentan este fenómeno. No importa en qué estado se encuentre la batería, se puede usar con la carga, sin necesidad de descargarla ni recargarla.

6, peso ligero

El volumen de la batería de fosfato de hierro y litio de la misma capacidad especificada es 2/3 del volumen de la batería de plomo-ácido y el peso es 1/3 del de la batería de plomo-ácido.

7, protección del medio ambiente

La batería de fosfato de hierro y litio generalmente se considera libre de metales pesados y metales raros (las baterías de Ni-MH requieren metales raros), no tóxica (certificación SGS aprobada), sin contaminación, de acuerdo con las regulaciones europeas RoHS, es absolutamente verde certificado de batería. Por lo tanto, la razón por la que la industria prefiere las baterías de litio son principalmente consideraciones ambientales. Por lo tanto, la batería se ha incluido en el plan nacional de desarrollo de alta tecnología “863” durante el período del “Décimo Plan Quinquenal” y se ha convertido en un proyecto nacional clave de desarrollo de apoyo y estímulo. Con la adhesión de China a la OMC, el volumen de exportación de bicicletas eléctricas en China aumentará rápidamente y las bicicletas eléctricas que ingresan a Europa y Estados Unidos deben estar equipadas con baterías no contaminantes.

Sin embargo, algunos expertos dijeron que la contaminación ambiental causada por las baterías de plomo-ácido se produce principalmente en el proceso de producción y el proceso de reciclaje de las empresas. De la misma manera, las baterías de litio son buenas en la nueva industria energética, pero no pueden evitar el problema de la contaminación por metales pesados. El plomo, arsénico, cadmio, mercurio, cromo, etc. en el procesamiento de materiales metálicos pueden liberarse al polvo y al agua. La batería en sí es una sustancia química, por lo que puede haber dos tipos de contaminación: una es la contaminación de residuos del proceso en el proceso de producción; el otro es la contaminación de la batería después de la chatarra.

Las baterías de fosfato de hierro y litio también tienen sus desventajas: por ejemplo, rendimiento deficiente a baja temperatura, baja densidad de derivación del material del electrodo positivo y una batería de fosfato de hierro y litio que tiene una capacidad superior a la del óxido de cobalto y litio, por lo que no tiene ninguna ventaja en términos de una microbatería. Cuando se usa en una batería de potencia, una batería de fosfato de hierro y litio, al igual que otras baterías, debe enfrentar problemas de consistencia de la batería.

Ventajas y desventajas de la batería de fosfato de hierro y litio

Desventajas y medidas de mejora de la batería de fosfato de hierro y litio

Las baterías de fosfato de hierro y litio también tienen sus desventajas. Por ejemplo, los materiales de cátodo de fosfato de hierro y litio tienen una densidad de grifo más baja y una capacidad más baja, como el fosfato de hierro y litio.

La batería tiene un volumen mayor que una batería de iones de litio como el óxido de cobalto de litio, por lo que no tiene una ventaja en términos de una microbatería.

El rendimiento de las baterías de iones de litio depende principalmente de los materiales positivos y negativos. El fosfato de hierro y litio como material de batería de litio solo ha aparecido en los últimos años. El desarrollo nacional de las baterías de fosfato de hierro y litio de gran capacidad tuvo lugar en julio de 2005. Su rendimiento de seguridad y su ciclo de vida son incomparables con otros materiales. Estos son los indicadores técnicos más importantes de las baterías de potencia. Vida útil de ciclo de carga y descarga de 1C de 2000 veces. El voltaje de sobrecarga de la batería de celda única 30V no se quema, la perforación no explota. Los materiales de cátodo de fosfato de hierro y litio hacen que las baterías de iones de litio de gran capacidad sean más fáciles de usar en serie. Para satisfacer las necesidades de los vehículos eléctricos de carga y descarga frecuentes. Tiene las ventajas de no tóxico, no contaminante, buen desempeño de seguridad, amplia gama de materias primas, bajo precio y larga vida. Es un material de cátodo ideal para una nueva generación de baterías de iones de litio. Este proyecto pertenece al desarrollo de materiales energéticos funcionales en proyectos de alta tecnología. Es el área clave respaldada por el plan nacional "863", el plan "973" y el plan de desarrollo de la industria de alta tecnología "Undécimo quinquenal". Tiene poca conductividad eléctrica y difusión lenta de iones de litio. El problema de la baja capacidad específica durante la carga y descarga a alta velocidad es una dificultad que restringe el desarrollo de la industria del fosfato de hierro y litio. La razón por la que el fosfato de hierro y litio no se ha utilizado a gran escala tan tarde es un problema importante. Pero la mala conductividad eléctrica ha sido una solución relativamente perfecta que consiste en agregar C u otro agente conductor. En la actualidad, en el proceso de producción real, el método de agregar fuente de carbono orgánico y dopaje de iones metálicos de alto precio en el precursor para mejorar la conductividad de los materiales A123 y Yantai Zhuoeng está utilizando este método para estudiar que la conductividad del fosfato de hierro y litio tiene mejorado en 7 órdenes de magnitud.

El fosfato de hierro y litio está provisto de una característica de conductividad similar a la del cobaltato de litio. El laboratorio informa que cuando se carga y descarga 0.1C, puede alcanzar

La capacidad específica por encima de 165 mAh / g  en realidad alcanza 135-145 mAh / g  , que está cerca del nivel de cobaltato de litio, pero expansión de iones de litio

El problema de la dispersión lenta aún no está bien resuelto. La solución actual es principalmente la nanometrización.

La entalpía del grano LiFePO4 reduce la distancia de difusión de los iones de litio en los granos. Además, el método de dopaje para mejorar el canal de difusión de los iones de litio no parece ser efectivo. Hay más estudios sobre nanocristalización, pero es difícil de aplicar a la producción industrial real. Actualmente, solo A123 afirma haber dominado la industria de la nanotecnología de LiFePO4.

Densidad de grifo baja

Generalmente, se puede decir que la densidad del grifo de solo 0,8-1,3 es una gran desventaja del fosfato de hierro y litio. Todos los materiales de cátodo de fosfato de hierro y litio no tienen ninguna ventaja en baterías pequeñas como las baterías de teléfonos móviles, por lo que su rango de uso es limitado.

Límite fijo

Incluso si su costo es bajo, el rendimiento de seguridad es bueno, la estabilidad es buena y el número de ciclos es alto, pero si es demasiado grande, solo puede reemplazar el óxido de cobalto de litio en una pequeña cantidad. Pero esta deficiencia no se destaca en términos de baterías de potencia. Por lo tanto, el fosfato de hierro y litio se utiliza principalmente para fabricar baterías eléctricas.

La batería de fosfato de hierro y litio tiene un rendimiento deficiente a baja temperatura

Aunque las personas mejoran la conductividad de iones y electrones mediante varios métodos, como el dopaje de sitios de litio, hierro e incluso ácido fosfórico, controlan el área de reacción efectiva mejorando el tamaño de partícula y la morfología de las partículas primarias o secundarias, agregando conductores adicionales. conductividad electrónica y similares para mejorar el rendimiento a baja temperatura del fosfato de hierro y litio. Sin embargo, las características inherentes del material de fosfato de hierro y litio determinan que su rendimiento a baja temperatura es inferior a otros materiales de electrodo positivo como el manganato de litio.

En general,  para una sola batería, tenga en cuenta que es una sola batería, no para el paquete de baterías. En el caso de la batería, el rendimiento medido a baja temperatura puede ser ligeramente superior. Esto está relacionado con las condiciones de disipación de calor y su capacidad de retención a 0 ° C. La relación es aproximadamente 60  70-10 ° C, que es 20  40 cuando es 40  55-20 ° C.

Obviamente, este rendimiento a baja temperatura no puede cumplir con los requisitos de la fuente de alimentación. En la actualidad, algunos fabricantes han mejorado el rendimiento a baja temperatura del fosfato de hierro y litio mejorando el sistema de electrolitos, mejorando la fórmula del electrodo positivo, mejorando las propiedades del material y mejorando el diseño de la estructura de la celda, pero no han cumplido realmente la demanda.

Problema de consistencia de la batería

La vida útil de una sola batería de fosfato de hierro y litio es actualmente más de 2000 veces, pero la vida útil de la batería se reducirá considerablemente. Puede ser 500 veces. Debido a que el paquete de baterías está compuesto por una gran cantidad de cadenas de baterías individuales y su estado de funcionamiento es mejor que un grupo de personas atadas con cuerdas para correr, incluso si todos son velocistas, si la consistencia del movimiento de todos no es alta, el equipo no correrá a gran velocidad en general Incluso más lento que el jugador que corre más lento.

De manera similar, la batería solo puede alcanzar el nivel de una sola batería cuando el rendimiento de la batería es muy constante.

En las condiciones existentes, debido a varias razones, la mala consistencia de la batería fabricada afecta el rendimiento de la batería y la vida útil en general, por lo que existen ciertos obstáculos en la aplicación del automóvil motorizado.

Ventajas y desventajas de la batería de fosfato de hierro y litio

Además, a partir de la experiencia de investigación y desarrollo y producción de baterías de iones de litio, Japón es el primer país comercializado de baterías de iones de litio y siempre ha ocupado el mercado de baterías de iones de litio de alta gama. Aunque Estados Unidos lidera algunas investigaciones básicas, todavía no existe un fabricante de baterías de iones de litio a gran escala. Por lo tanto, Japón ha elegido manganato de litio modificado como material de electrodo positivo para baterías de iones de litio. Incluso en los Estados Unidos, el fosfato de hierro y litio y el manganato de litio se utilizan como materiales de cátodo para baterías de iones de litio basadas en energía, y el gobierno federal también apoya el desarrollo de estos dos sistemas. En vista de los problemas anteriores del fosfato de hierro y litio, es difícil de usar ampliamente como material de electrodo positivo para una batería de iones de litio en campos tales como vehículos de nueva energía. Si puede resolver el problema del ciclo de alta temperatura y el rendimiento de almacenamiento deficiente del manganato de litio, con sus ventajas de bajo costo y rendimiento de alta velocidad, tendrá un gran potencial en la aplicación de baterías de iones de litio.

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