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分析18650磷酸铁锂电池的性能优缺点

分析18650磷酸铁锂电池的性能优缺点

来源:
2021/06/04 14:36
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【摘要】:

 18650年磷酸铁
18650磷酸铁锂电池是近年来发明的,在锂电池的发展中,是一种锂电池。
1. 磷酸铁锂电池的优点
(1)安全性能的提高
磷酸铁锂晶体中的P - O键稳定,不易断裂。即使在高温或过充的情况下,其结构也不会像锂钴氧化物那样坍塌,不会放热或形成强氧化材料,因此具有良好的安全性。有报道称,在针刺或短路实验的实际操作过程中,发现少量样品发生烧伤,但未发生爆炸。但在过充实验中,使用了自放电电压数倍的高压充电,仍然发生了爆炸。但与普通电解液锂钴酸电池相比,其过充安全性有了很大的提高。
(2)提高生活质量
锂离子磷酸铁电池是指以磷酸铁锂为正极材料的锂电池。
长寿命铅酸蓄电池的循环寿命约为300倍,最大可达500倍左右,而磷酸铁锂的循环寿命在2000倍以上,以标准充电(5小时率),可达2000倍。相同质量的铅酸电池是新半年,旧半年,保持半年。锂离子磷酸铁电池在相同条件下使用,理论使用寿命可达7~8年。总的来说,性能价格比理论上是铅酸电池的四倍多。大电流2C,充放电快。在专用充电器中,电池可在40分钟内充电1.5C,启动电流可达2C,但铅酸电池没有这样的性能。
(3)良好的高温性能
磷酸铁锂的最高电温度可达350℃-500℃,而锂锰酸和锂钴酸的最高电温度仅为200℃左右。操作温度范围广(-20C-75C),耐高温磷酸铁锂的最高电气温度可达350℃-500℃,而锂锰酸和锂钴酸的最高电气温度仅为200℃左右。
(4)容量大
当电池继续满负荷运行时,它很快就会降到额定容量以下,这种现象被称为记忆效应。镍金属氢化物电池和镍镉电池有内存,而锂离子磷酸铁电池没有。无论电池处于什么状态,都可以随时充电和使用,而不需要在充电前熄灭。
(5)重量轻
同样容量的锂离子磷酸铁电池的体积是铅酸电池的三分之二,重量是铅酸电池的三分之一。
(6)环境保护
锂离子磷酸铁电池一般认为不含任何重金属和稀有金属(NiMH电池以稀有金属为主),无毒(SGS认证),无污染,符合欧洲RoHS规定,为绝对绿色电池证书。因此,锂电池受到行业的青睐,考虑环境是很重要的。因此,锂电池被列入国家863高技术发展计划第十五期,成为国家重点扶持和鼓励发展项目。随着中国加入世界贸易组织,中国的电动自行车出口将迅速增长,而进入欧洲和美国的电动自行车已经需要无污染电池。

然而,有专家指出,铅酸电池造成的环境污染主要发生在公司的生产过程和回收过程中。同样,锂电池属于新能源产业是好事,但它们并不能防止重金属污染的问题。金属加工过程中的铅、砷、镉、汞和铬会被释放到灰尘和水中。电池本身是一种化学物质,所以可能会有两种污染。二是电池报废后的污染。
LiFePO4锂电池也有它的缺点:例如,低温性能好,正极材料振动密度很小,LiFePO4锂电池的体积是与锂钴酸锂电池容量相同的,所以在微型电池中没有优势。锂离子磷酸铁电池与其他电池一样,在使用动力时也面临着相同的电池一致性问题。
2. 锂离子磷酸铁电池的缺点
一种材料是否具有应用发展的潜力,除了其优点外,更重要的是该材料是否具有根本性的缺陷。
在我国,磷酸铁锂作为动力锂电池的负极材料得到了广泛的应用。政府市场分析师、研究机构、公司甚至证券公司都将这种材料视为动力锂电池的未来发展方向。究其原因,主要有以下两点:一是受美国研究方向的影响,磷酸铁锂电池正极材料较早采用A123和结合价。其次,我国尚未研制出具有良好高温循环和储存性能的动态锂电池用锰酸锂材料。然而,磷酸铁锂也有一些不可忽视的基本缺陷,总结如下:
(1)在制备磷酸铁锂的烧结过程中,氧化铁可以在还原气氛下高温还原为单质铁。简单的烙铁会在电池中引起小短路,是电池中最忌讳的材料。这也是该材料在日本没有被用作动力锂电池正极材料的重要原因。
(2)磷酸铁锂存在一些性能缺陷,如振动密度低、压实密度低,导致锂电池能量密度低。低温性能差,即使是纳米碳涂层也不能解决这个问题。DonHillebrand,美国Argonne国家实验室能源存储系统中心主任,用“可怕”这个词来描述锂离子磷酸铁电池的低温性能。尽管一些制造商声称锂离子磷酸铁电池在低温下仍能保持良好的容量,但这是在放电电流较低和截止电压较低的情况下。在这种情况下,设备根本不会启动。
(3)材料制备成本高于电池制造成本,导致电池成品率低,一致性差。磷酸铁锂的纳滤和碳包覆不仅提高了材料的电化学性能,但也带来了能量密度低、合成成本高、电极加工性能差、环境要求苛刻等问题。虽然磷酸铁锂中的化学元素Li、Fe、P含量丰富且成本低廉,但磷酸铁锂的产品成本并不低。即使剔除研发成本,材料的技术成本和电池的制造成本也会增加单位储能成本。
(4)产品一致性差。目前,国内还没有一家磷酸铁锂材料厂可以解决这个问题。从材料制备的角度来看,磷酸铁锂的合成是一个复杂的多相反应,由固体磷酸盐、氧化铁和锂盐,加上碳前驱体和还原气相组成。在这个复杂的反应过程中,很难保证反应的一致性。
5 .知识产权。目前,磷酸铁锂的基本专利由德克萨斯大学持有,碳涂层的专利由加拿大人申请。这两项基本专利是不可避免的。如果佣金包含在成本中,产品成本会进一步增加。

 

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