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磷酸鐵鋰離子電池的重要優勢和缺點

鉅大LARGE  |  點擊量:72次  |  2020年11月26日  

摘要
磷酸鐵鋰電池的主要優勢:安全性能高磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固,難以分解,即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質,磷酸鐵鋰分解溫度約在600℃,因此擁有良好的安全性。雖然

磷酸鐵鋰離子電池的重要優勢:


安全性能高


磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固,難以分解,即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰相同結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質,磷酸鐵鋰分解溫度約在600℃,因此擁有良好的安全性。雖然在過充情況下,出現過燃燒和爆炸,但其過充安全性較之普通液態電解液鈷酸鋰離子電池、三元電池,已大有改善。


長壽命


鉛酸電池的循環壽命在300次左右,最高約500次,而磷酸鐵鋰動力鋰電池,循環壽命達到2000次以上,標準充電(0.2C,5小時)使用,可達到2000次。同質量的鉛酸電池則是新半年、舊半年、修修補補又半年,最多也就1~1.5年時間,而磷酸鐵鋰離子電池在同樣條件下使用,理論壽命將達到7~8年。綜合考慮,性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2C快速充放電,在專用充電器下,1.5C充電40分鐘內即可使電池充滿,起動電流可達2C,而鉛酸電池無此性能。


高溫性能好


磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣(-20C--+75C),有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃,而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。


容量大


具有比普通電池(鉛酸等)更大的容量,通過電池的能力密度就了解,鉛酸電池的能量密度約在40WH/kg,市場上主流的磷酸鐵鋰離子電池,能量密度均做到90WH/kg以上。


無記憶效應


可充電池在經常處于充滿不放完的條件下工作,容量會迅速低于額定容量值,這種現象叫做記憶效應。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性,而磷酸鐵鋰離子電池無此現象(鋰離子類電池一般沒有記憶效應),電池無論處于什么狀態,可隨充隨用,無須先放完再充電。


重量輕


同等規格容量的磷酸鐵鋰離子電池的體積是鉛酸電池體積的2/3,重量是鉛酸電池的1/3,二能量密度卻是鉛酸電池的數倍。


環境友好


該電池一般被認為是不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬),無毒(SGS認證通過),無污染,符合歐洲RoHS規定,為綠色環保電池。鋰離子電池之所以被業界看好,一個重要的原因是環??剂?。


但有一點請正視,鋰離子電池屬于新能源行業不錯,但它也不能防止重金屬污染的問題。金屬材料加工中有鉛、砷、鎘、汞、鉻等都有可能會釋放到灰塵和水中。電池本身就是一種化學物質,所以有可能會出現兩種污染:一是生產工程中的工藝排泄物污染;二是報廢以后的電池污染。


其他材料比較


目前最有希望應用于動力型鋰離子電池的正極材料重要有改性錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)和鎳鈷錳酸鋰(Li(Ni,Co,Mn)O2)三元材料。鎳鈷錳酸鋰三元材料由于鈷的資源缺乏與鎳、鈷成高和價格波動大等原因,普遍認為很難成為電動汽車用動力型鋰離子電池的主流,但可以與尖晶石錳酸鋰在一定范圍內混合使用。


3缺點


磷酸鐵鋰離子電池也有其缺點:例如低溫性能差,正極材料振實密度小,等容量的磷酸鐵鋰離子電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池,因此在微型電池方面不具有優勢。而用于動力鋰電池時,磷酸鐵鋰離子電池和其他電池相同,要面對電池一致性問題。


單質鐵的威脅


在磷酸鐵鋰制備時的燒結過程中,氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質鐵的可能性。單質鐵會引起電池的微短路,是電池中最忌諱的物質。這也是日本一直不將該材料作為動力型鋰離子電池正極材料的重要原因。


性能缺陷


磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,如振實密度與壓實密度很低,導致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差,即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。磷酸鐵鋰型鋰離子電池測試結果表明表明磷酸鐵鋰離子電池在低溫下(0℃以下)無法使電動汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯,但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下,在這種狀況下,設備根本就無法啟動工作。


制造成本高


材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學性能,但是也帶來了其它問題,如能量密度的降低、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對環境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵鋰中的化學元素Li,Fe與P很豐富,成本也較低,但是制備出的磷酸鐵鋰產品成本并不低,即使去掉前期的研發成本,該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本,會使得最終單位儲能電量的成本較高。


一致性差


產品一致性差。無論是從材料制備,還是從生產制造。都很難保證產品的一致性,且磷酸鐵鋰的電壓平臺較窄,更新增了電池的可觀測性難度。


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