Müssen Lithiumeisenphosphat-Batterien wirklich aktiviert werden?

Der vollständige Name der Lithiumeisenphosphatbatterie lautet Lithiumeisenphosphatlithiumionenbatterie, die zu lang ist und kurz Lithiumeisenphosphatbatterie genannt wird. Da seine Leistung besonders für Leistungsanwendungen geeignet ist, wurde dem Namen "Leistung" eine Lithiumeisenphosphat-Leistungsbatterie hinzugefügt. Es wird auch als "Lithium-Eisen (LiFe) -Batterie" bezeichnet.

Das Arbeitsprinzip von

Lithiumeisenphosphatbatterie bezeichnet die Lithiumionenbatterie mit Lithiumeisenphosphat als positivem Elektrodenmaterial. Die Kathodenmaterialien der Lithiumionenbatterie umfassen hauptsächlich Lithiumkobaltsäure, Lithiummangansäure, Lithiumnickelsäure, ternäre Materialien, Lithiumeisenphosphat usw. Lithiumkobaltoxid ist das Anodenmaterial, das in den meisten Lithiumionenbatterien verwendet wird.

Bedeutung

Auf dem Metallmarkt ist Kobalt (Co) am teuersten und hat weniger Speicher, Nickel (Ni) und Mangan (Mn) sind billiger und Eisen (Fe) hat mehr. Die Preise für Anodenmaterialien stimmen ebenfalls mit denen dieser Metalle überein. Daher sollten Lithium-Ionen-Batterien aus LiFePO4-Anodenmaterialien relativ billig sein. Ein weiteres Merkmal ist keine Umweltverschmutzung.

Da die Anforderungen an die wiederaufladbaren Batterien sind: hohe Kapazität, hohe Ausgangsspannung, gute Lade- und Entladezyklusleistung, stabile Ausgangsspannung, Laden und Entladen mit hohem Strom, elektrochemische Stabilität, Verwendung der Sicherheit (nicht geladen, entladen und Kurzschluss verursacht durch unsachgemäßer Betrieb (wie Verbrennung oder Explosion), großer Arbeitstemperaturbereich, ungiftig oder weniger giftig, keine Umweltverschmutzung. Die Verwendung von LiFePO4 als Anode von Lithiumeisenphosphat-Batterien erfüllt diese Leistungsanforderungen, insbesondere bei Entladungen mit hoher Entladungsrate (5 ~ 10 c Entladung), stabiler Entladungsspannung, Sicherheit, nicht brennend, keine Explosion und Lebensdauer (Zyklen) Die Umwelt ist umweltfreundlich, es ist die beste, derzeit die beste Batterie mit großer Ausgangsleistung.

Struktur und Arbeitsprinzip

Das LiFePO4 als positive Elektrode der Batterie ist über Aluminiumfolie mit der positiven Elektrode verbunden. In der Mitte befindet sich eine Polymermembran, die die positive Elektrode von der negativen Elektrode trennt. Das Lithiumion Li kann jedoch passieren, während das Elektron dies nicht kann. Zwischen dem oberen und unteren Ende der Batterie befindet sich der Elektrolyt der Batterie, der durch eine Metallhülle abgedichtet ist.

Wenn die LiFePO4-Batterie geladen ist, wandert Lithium-Li in der positiven Elektrode durch die Polymermembran zur negativen Elektrode. Während des Entladungsprozesses wandert Lithium Li in der negativen Elektrode durch die Membran zur positiven Elektrode. Lithium-Ionen-Batterien sind für die Hin- und Herbewegung von Lithium-Ionen zwischen Laden und Entladen benannt.

Die Hauptleistung

Die Nennspannung der LiFePO4-Batterie beträgt 3,2 V, die Abschlussladespannung beträgt 3,6 V und die Abschlussentladespannung beträgt 2,0 V. Aufgrund der unterschiedlichen Qualität und des unterschiedlichen Verfahrens von Anoden- und Kathodenmaterialien sowie Elektrolytmaterialien, die von verschiedenen Herstellern verwendet werden, gibt es einige Unterschiede in ihrer Leistung. Beispielsweise variiert die Batteriekapazität des gleichen Typs (Standardbatterie im gleichen Paket) stark (10% ~ 20%).

Hierbei ist zu beachten, dass die Leistungsparameter von Lithiumeisenphosphat-Leistungsbatterien, die von verschiedenen Fabriken hergestellt werden, einige Unterschiede aufweisen. Darüber hinaus sind einige Batterieeigenschaften nicht enthalten, wie z. B. der Innenwiderstand der Batterie, die Selbstentladungsrate, die Lade- und Entladetemperatur.

Lithiumeisenphosphat-Leistungsbatterien variieren stark in ihrer Kapazität und können in drei Kategorien unterteilt werden: kleine Batterien von einigen Zehnteln bis zu einigen Milliampere, mittelgroße von einigen zehn Milliampere und große von einigen hundert Milliampere . Es gibt auch einige Unterschiede bei den gleichen Parametern für verschiedene Batterietypen.

Überentladung auf Nullspannungstest:

Die Lithiumeisenphosphatbatterie STL18650 (1100 mAh) wurde für den Test von der Entladung bis zur Nullspannung verwendet. Testbedingungen: Der 1100-mAh-STL18650-Akku wurde vollständig mit einer Laderate von 0,5 c aufgeladen und dann mit einer Entladerate von 1,0 c auf eine Batteriespannung von 0 ° C entladen. Legen Sie dann die 0-V-Batterie in zwei Gruppen: eine Gruppe für 7 Tage, eine andere Gruppe für 30 Tage; Wenn der Speicher abgelaufen ist, füllen Sie ihn mit einer Ladegeschwindigkeit von 0,5 c und entladen Sie ihn mit 1,0 c. Schließlich wurden die Unterschiede zwischen den beiden ZVS-Speicherperioden verglichen.

Das Ergebnis des Tests ist, dass der Akku nach 7 Tagen Nullspannungsspeicherung keine Leckage aufweist, eine gute Leistung aufweist und die Kapazität 100% beträgt. Nach 30 Tagen keine Leckage, gute Leistung, 98% Kapazität; Nach 30 Tagen Lagerung wurde der Akku für weitere 3 Zyklen geladen und entladen, und die Kapazität wurde auf 100% wiederhergestellt.

Dieser Test zeigt, dass die Lithiumeisenphosphatbatterie auch dann nicht ausläuft oder beschädigt, wenn sie entladen (sogar auf 0 V) und für eine bestimmte Zeit gelagert wird. Dies ist eine Eigenschaft, die andere Arten von Lithium-Ionen-Batterien nicht haben.

Vorteile von Lithiumeisenphosphatbatterien

1. Verbesserung der Sicherheitsleistung

Die Po-Bindung im Kristall von Lithiumeisenphosphat ist stabil und schwer zu zersetzen. Selbst bei hohen Temperaturen oder Überladung erzeugt es keine Wärme und bildet keine stark oxidierenden Substanzen wie Lithiumkobaltoxid, daher hat es eine gute Sicherheit. In einigen Berichten wurde darauf hingewiesen, dass beim tatsächlichen Betrieb von Akupunktur- oder Kurzschlussexperimenten bei einem kleinen Teil der Proben ein Verbrennungsphänomen festgestellt wurde, jedoch kein Explosionsereignis auftrat. Im Überladungsexperiment wurde jedoch eine Hochspannungsladung verwendet, die um ein Vielfaches höher war als die eigene Entladungsspannung, und es wurde immer noch ein Explosionsphänomen gefunden. Trotzdem wurde die Überladungssicherheit im Vergleich zu gewöhnlichen Flüssigelektrolyt-Lithium-Kobalt-Batterien erheblich verbessert.

2. Verbesserung der Lebenserwartung

Lithiumeisenphosphatbatterie bezieht sich auf Lithiumionenbatterie mit Lithiumeisenphosphat als positivem Elektrodenmaterial.

Eine lange Lebensdauer der Blei-Säure-Batterie beträgt etwa das 300-fache, die höchste 500-fache Lebensdauer und die mehr als 2000-fache Lebensdauer der Lithiumeisenphosphat-Batterie die Standardladung (5-Stunden-Rate) kann das 2000-fache erreichen. Blei-Säure-Batterie der gleichen Qualität ist "neues halbes Jahr, altes halbes Jahr, Wartung und Wartungshalbjahr", die meiste Zeit beträgt 1 ~ 1,5 Jahre, und Lithium-Eisenphosphat-Batterie im gleichen Zustand, die theoretische Lebensdauer wird 7 erreichen ~ 8 Jahre. Insgesamt ist der Leistungspreis mehr als viermal so hoch wie der der theoretischen Blei-Säure-Batterie. Bei einer Entladung mit großem Strom kann es sich um eine schnelle 2C-Schnellladung und -Entladung handeln. Im speziellen Ladegerät kann die 1,5C-Ladung 40 Minuten lang sein und einen Startstrom von bis zu 2C erreichen, während die Blei-Säure-Batterie diese Leistung nicht aufweist.

3, Hochtemperaturleistung ist gut

Lithiumeisenphosphat kann 350 bis 500 ° C erreichen und der elektrische Peak und Kobaltsäurelithiummangansäurelithium nur bei etwa 200 ° C. Breiter Bereich der Betriebstemperatur (20 c - 75 - c), haben eine hohe Temperaturbeständigkeit Eigenschaften von Lithiumeisenphosphat kann 350 ° C bis 500 ° C erreichen Erwärmungspeak Lithiumkobalt und Lithiummangansäure und Säure nur bei etwa 200 ° C.

4. Große Kapazität

Ein Akku, der mit einer konstanten vollen Kapazität betrieben wird, kann schnell unter die Nennkapazität fallen, ein Phänomen, das als Speichereffekt bezeichnet wird. Beispielsweise haben Nickel-Metallhydrid- und Nickel-Cadmium-Batterien ein Gedächtnis, während Lithium-Eisenphosphat-Batterien kein solches Phänomen aufweisen. Unabhängig davon, in welchem Zustand sich die Batterien befinden, können sie jederzeit gefüllt und verwendet werden, ohne dass sie vor dem Aufladen gelöscht werden müssen.

6. Leichtgewicht

Lithium-Eisenphosphat-Batterien gleicher Größe sind zwei Drittel so groß und ein Drittel so schwer wie Blei-Säure-Batterien.

7, der Umweltschutz

Lithium-Eisenphosphat-Batterien gelten im Allgemeinen als frei von Schwermetallen und seltenen Metallen (Nickel-Metallhydrid-Batterien benötigen seltene Metalle), ungiftig (SGS-Zertifizierung) und gemäß den europäischen RoHS-Vorschriften für das absolute Grün umweltfreundlich Umweltschutzbatterie-Zertifikat. Daher wird die Lithiumbatterie von der Industrie bevorzugt, hauptsächlich aus Umweltgründen. Daher wurde die Batterie während des Zeitraums des "zehnten Fünfjahresplans" in den nationalen High-Tech-Entwicklungsplan "863" aufgenommen, der zur nationalen Schlüsselunterstützung geworden ist und fördern Entwicklungsprojekte. Mit dem Beitritt Chinas zur WTO werden Chinas Exporte von Elektrofahrrädern rapide zunehmen, und die Vereinigten Staaten und Europa haben die Anforderungen an E-Bikes mit umweltfreundlichen Batterien erfüllt.

Einige Experten sagten jedoch, dass die durch Blei-Säure-Batterien verursachte Umweltverschmutzung hauptsächlich im nicht standardmäßigen Produktions- und Recyclingprozess auftrat. Ebenso gehören Lithiumbatterien zur neuen Energiewirtschaft, die gut sind, aber das Problem der Schwermetallverschmutzung nicht umgehen können. Metallmaterialien wie Blei, Arsen, Cadmium, Quecksilber und Chrom können in Staub und Wasser freigesetzt werden. Die Batterie selbst ist eine chemische Substanz, daher kann es zwei Arten von Verschmutzung geben: Eine ist die Verschmutzung durch Abfall im Produktionsprozess; Zweitens die Batterieverschmutzung nach dem Verschrotten.

Die Lithiumeisenphosphatbatterie hat auch ihre Nachteile: Zum Beispiel ist die Leistung bei niedrigen Temperaturen schlecht, die Materialdichte der positiven Elektrode ist gering, das Volumen der Lithiumeisenphosphatbatterie mit gleicher Kapazität ist größer als die der Lithiumionenbatterie wie Lithiumkobaltsäure, also nicht haben einen Vorteil in der Mikrobatterie. Bei Verwendung in Power-Batterien müssen Lithium-Eisenphosphat-Batterien wie andere Batterien mit dem Problem der Batteriekonsistenz konfrontiert sein.

Nachteile von Lithiumeisenphosphatbatterien

Ob ein Material das Potenzial zur Anwendungsentwicklung hat und sich nicht nur auf seine Vorteile konzentriert, ist kritischer, ob das Material grundlegende Mängel aufweist.

Gegenwärtig wird Lithiumeisenphosphat in China häufig als positives Elektrodenmaterial für dynamische Lithiumionenbatterien verwendet. Marktanalysten der Regierung, wissenschaftlicher Forschungseinrichtungen, Unternehmen und sogar Wertpapierfirmen sehen dieses Material optimistisch und betrachten es als Entwicklungsrichtung für dynamische Lithium-Ionen-Batterien. Die Gründe dafür sind folgende: Der erste ist der Einfluss der Forschungs- und Entwicklungsrichtung der Vereinigten Staaten. Valence und A123 aus den USA verwendeten als erste Lithiumeisenphosphat als Kathodenmaterial für Lithiumionenbatterien. Zweitens wurden in China keine Lithium-Manganat-Materialien mit guter Hochtemperaturzirkulation und Speicherleistung für dynamische Lithium-Ionen-Batterien hergestellt. Lithiumeisenphosphat weist jedoch auch grundlegende Mängel auf, die nicht ignoriert werden können und die wie folgt zusammengefasst werden können:

1. Beim Sinterverfahren zur Herstellung von Lithiumeisenphosphat besteht die Möglichkeit, dass das Eisenoxid unter der Hochtemperatur-Reduktionsatmosphäre zum elementaren Eisen reduziert werden kann. Das elementare Eisen ist die tabueste Substanz in der Batterie, da es den Mikrokurzschluss der Batterie verursachen kann. Dies ist auch der Hauptgrund, warum Japan dieses Material nicht als positives Elektrodenmaterial für dynamische Lithiumionenbatterien verwendet hat.

2. Lithiumeisenphosphat weist einige Leistungsmängel auf, wie z. B. eine geringe Schwingungs- und Verdichtungsdichte, was zu einer geringen Energiedichte der Lithiumionenbatterie führt. Die Niedertemperaturleistung ist schlecht, selbst wenn die Nano- und Kohlenstoffbeschichtung dieses Problem nicht gelöst hat. Das nationale Labor von Argonne, Dr. DonHillebrand, Direktor des Zentrums für Energiespeichersysteme, wenn es um die Leistung von Lithiumeisenphosphatbatterien bei niedrigen Temperaturen geht, ist schrecklich zu beschreiben. Ihre Testergebnisse für Lithiumeisenphosphatlithiumionenbatterien zeigen, dass das Lithium Eisenphosphatbatterie bei niedriger Temperatur (unter 0 ° C) konnte das Elektroauto nicht herstellen. Obwohl einige Hersteller behaupten, dass die Kapazitätserhaltungsrate einer Lithiumeisenphosphatbatterie bei niedriger Temperatur gut ist, ist dies im Fall eines niedrigen Entladestroms und einer niedrigen Abschaltspannung der Fall. In diesem Fall startet das Gerät überhaupt nicht.

3. Die Produktionskosten von Materialien sind höher als die von Batterien, bei geringer Ausbeute und geringer Konsistenz. Obwohl die Nanometer- und Kohlenstoffbeschichtung von Lithiumeisenphosphat die elektrochemischen Eigenschaften der Materialien verbessert, bringen sie auch andere Probleme mit sich, wie die Verringerung der Energiedichte, die Erhöhung der Synthesekosten, die schlechte Elektrodenverarbeitungsleistung und die hohen Anforderungen an die Umwelt. Obwohl die chemischen Elemente Li, Fe und P in Lithiumeisenphosphat reichlich vorhanden sind und die Kosten gering sind, sind die Kosten des hergestellten Lithiumeisenphosphatprodukts nicht niedrig. Selbst wenn die Forschungs- und Entwicklungskosten im Frühstadium wegfallen, erhöhen die Prozesskosten des Materials und die hohen Kosten für die Herstellung der Batterien die Kosten für die endgültige Energiespeichereinheit.

4. Schlechte Produktkonsistenz. Derzeit gibt es in China keine Fabrik für Lithiumeisenphosphat-Materialien, die dieses Problem lösen kann. Unter dem Gesichtspunkt der Materialherstellung ist die Synthesereaktion von Lithiumeisenphosphat eine komplexe Mehrphasenreaktion, die Festphasenphosphate, Eisenoxide und Lithiumsalze sowie Kohlenstoffvorläufer und reduzierende Gasphase umfasst. Bei diesem komplexen Reaktionsprozess ist es schwierig, die Konsistenz der Reaktion zu gewährleisten.

5. Fragen des geistigen Eigentums. Derzeit ist das Grundpatent für Lithiumeisenphosphat im Besitz der Universität von Texas, während das Patent für die Kohlenstoffbeschichtung vom Kanadier angemeldet wird. An diesen beiden Grundpatenten führt kein Weg vorbei, und wenn Lizenzgebühren in den Kosten enthalten sind, steigen die Kosten des Produkts weiter an.

Darüber hinaus ist Japan aufgrund der Forschung, Entwicklung und Produktion von Erfahrungen mit Lithium-Ionen-Batterien das früheste kommerzielle Land für Lithium-Ionen-Batterien und hat den High-End-Markt für Lithium-Ionen-Batterien besetzt. Die Vereinigten Staaten haben, obwohl sie in einigen Grundlagenforschungen führend sind, bisher keinen großen hersteller von lithium-ionen-batterien. Daher ist es für Japan vernünftiger, modifiziertes Lithiummanganat als positives Elektrodenmaterial für dynamische Lithiumionenbatterien zu wählen. Selbst in den USA sind die Hersteller von Lithiumeisenphosphat und Lithiummanganat als Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Leistungsbatterien gleichmäßig verteilt, und die Bundesregierung unterstützt die Entwicklung beider Systeme. Angesichts der obigen Probleme, die bei Lithiumeisenphosphat bestehen, ist es schwierig, als positives Elektrodenmaterial für dynamische Lithiumionenbatterien in Fahrzeugen mit neuer Energie und anderen Bereichen weit verbreitet zu sein. Wenn es das Problem eines schlechten Hochtemperaturzyklus und einer schlechten Speicherleistung von Lithiummanganat lösen kann, hat es aufgrund seiner Vorteile niedriger Kosten und hoher Vergrößerungsleistung ein großes Potenzial für die Anwendung dynamischer Lithiumionenbatterien.

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