Vergleichen Sie die Vor- und Nachteile einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie

Der vollständige Name der Lithiumeisenphosphatbatterie lautet Lithiumeisenphosphatlithiumionenbatterie. Der Name ist zu lang und wird als Lithium-Eisenphosphat-Batterie bezeichnet. Da seine Leistung besonders für Leistungsanwendungen geeignet ist, wird dem Namen das Wort "Leistung" hinzugefügt, nämlich Lithiumeisenphosphat-Leistungsbatterie. Einige Leute nennen es "LiFe Eisen (LiFe) Akku".

Die Lithiumeisenphosphatbatterie bezieht sich auf eine Lithiumionenbatterie, die Lithiumeisenphosphat als positives Elektrodenmaterial verwendet. Es gibt viele Arten von positiven Elektrodenmaterialien für Lithiumionenbatterien, hauptsächlich Lithiumcobaltat, Lithiummanganat, Lithiumnickelat, ternäre Materialien, Lithiumeisenphosphat und dergleichen. Unter diesen ist Lithiumcobaltat das Kathodenmaterial, das in den meisten Lithiumionenbatterien verwendet wird, und andere Kathodenmaterialien wurden aus verschiedenen Gründen nicht in Massenproduktion auf dem Markt hergestellt. Lithiumeisenphosphat ist auch eine der Lithiumionenbatterien. Im Prinzip ist Lithiumeisenphosphat auch ein Einbettungs- / Deinterkalationsprozess, der mit Lithiumcobaltat und Lithiummanganat identisch ist.

Die Lithium-Eisenphosphat-Batterie ist eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Eine ihrer Hauptanwendungen ist die Verwendung als Power-Batterie, die gegenüber NI-MH- und Ni-Cd-Batterien große Vorteile bietet.

Die Lade- und Entladeeffizienz von Lithiumeisenphosphatbatterien ist mit 85% bis 90% relativ hoch. Die Blei-Säure-Batterie ist ca. 80%.

Vorteil

1. Verbesserung der Sicherheitsleistung

Die PO-Bindung im Lithiumeisenphosphatkristall ist stabil und schwer zu zersetzen und kollabiert oder erwärmt sich nicht wie ein Lithiumcobaltat oder bildet selbst bei hoher Temperatur oder Überladung eine stark oxidierende Substanz und hat daher eine gute Sicherheit. Es wurde berichtet, dass im tatsächlichen Betrieb festgestellt wurde, dass ein kleiner Teil der Probe im Akupunktur- oder Kurzschlusstest ein brennendes Phänomen aufwies, es jedoch kein Explosionsereignis gab. In dem Überladungsexperiment wurde eine Hochspannungsladung verwendet, die um ein Vielfaches höher als die Selbstentladungsspannung war, und es wurde festgestellt, dass immer noch ein Explosionsphänomen bestand. Trotzdem wurde die Überladungssicherheit im Vergleich zur gewöhnlichen Flüssigelektrolyt-Lithium-Kobaltoxid-Batterie erheblich verbessert.

2, die Verbesserung des Lebens

Die Lithiumeisenphosphatbatterie bezieht sich auf eine Lithiumionenbatterie, die Lithiumeisenphosphat als positives Elektrodenmaterial verwendet.

Die langlebige Blei-Säure-Batterie hat eine etwa 300-fache Lebensdauer und die höchste 500-fache Lebensdauer. Die Lithium-Eisenphosphat-Batterie hat eine Lebensdauer von mehr als dem 2000-fachen und die Standardladung (5-Stunden-Rate) kann bis zu 2000-mal verwendet werden. Die Blei-Säure-Batterie gleicher Qualität ist "neues halbes Jahr, altes halbes Jahr, Wartung und Wartung für ein halbes Jahr", bis zu 1 ~ 1,5 Jahre, während Lithium-Eisenphosphat-Batterie unter den gleichen Bedingungen verwendet wird, wird die theoretische Lebensdauer erreicht 7 ~ 8 Jahre. Umfassend betrachtet ist das Leistungspreisverhältnis theoretisch mehr als viermal so hoch wie das von Blei-Säure-Batterien. Hochstromentladung kann mit Hochstrom 2C schnell geladen und entladen werden. Unter dem speziellen Ladegerät kann der Akku innerhalb von 1,5 Minuten nach dem Laden mit 1,5 ° C vollständig aufgeladen werden, und der Startstrom kann 2 ° C erreichen, aber der Blei-Säure-Akku hat keine solche Leistung.

3, Hochtemperaturleistung

Die Spitzentemperatur von Lithiumeisenphosphat kann 350 ° C bis 500 ° C erreichen, während Lithiummanganat und Lithiumcobaltat nur etwa 200 ° C betragen. Breiter Betriebstemperaturbereich (-20 ° C - 75 ° C), hohe Temperaturbeständigkeit, elektrische Erwärmung mit Lithiumeisenphosphat Peak bis 350 ° C -500 ° C und Lithiummanganat und Lithiumkobaltoxid nur um 200 ° C.

4, große Kapazität

Der Akku arbeitet unter Bedingungen, die oft nicht vollständig entladen sind, und die Kapazität fällt schnell unter die Nennkapazität. Dieses Phänomen wird als Memory-Effekt bezeichnet. Es gibt Erinnerungen wie Nickel-Metallhydrid- und Nickel-Cadmium-Batterien, aber Lithium-Eisenphosphat-Batterien weisen dieses Phänomen nicht auf. Unabhängig davon, in welchem Zustand sich der Akku befindet, kann er zum Laden verwendet werden, ohne dass er entladen und aufgeladen werden muss.

6, geringes Gewicht

Das Volumen der Lithiumeisenphosphatbatterie mit der gleichen Spezifikationskapazität beträgt 2/3 des Volumens der Blei-Säure-Batterie, und das Gewicht beträgt 1/3 der Blei-Säure-Batterie.

7, Umweltschutz

Lithium-Eisenphosphat-Batterien gelten im Allgemeinen als frei von Schwermetallen und seltenen Metallen (Ni-MH-Batterien erfordern seltene Metalle), ungiftig (SGS-Zertifizierung bestanden), keine Verschmutzung gemäß den europäischen RoHS-Vorschriften ist absolut grün Batteriezertifikat. Der Grund, warum Lithiumbatterien von der Industrie bevorzugt werden, sind daher hauptsächlich Umweltaspekte. Daher wurde die Batterie während des Zeitraums des „Zehnten Fünfjahresplans“ in den nationalen High-Tech-Entwicklungsplan „863“ aufgenommen und ist zu einem nationalen Schlüsselprojekt zur Unterstützung und Förderung geworden. Mit dem Beitritt Chinas zur WTO wird das Exportvolumen von Elektrofahrrädern in China rapide zunehmen, und Elektrofahrräder, die nach Europa und in die USA einreisen, müssen mit umweltfreundlichen Batterien ausgestattet sein.

Einige Experten sagten jedoch, dass die durch Blei-Säure-Batterien verursachte Umweltverschmutzung hauptsächlich im Produktions- und Recyclingprozess von Unternehmen auftritt. Ebenso sind Lithiumbatterien in der neuen Energiewirtschaft gut, können jedoch das Problem der Schwermetallverschmutzung nicht vermeiden. Blei, Arsen, Cadmium, Quecksilber, Chrom usw. bei der Verarbeitung von Metallmaterialien 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 Prozessabfälle im Produktionsprozess; Das andere ist die Batterieverschmutzung nach dem Schrott.

Lithiumeisenphosphatbatterien haben auch ihre Nachteile: zum Beispiel eine schlechte Niedertemperaturleistung, eine geringe Klopfdichte des positiven Elektrodenmaterials und eine Lithiumeisenphosphatbatterie mit einer Kapazität von mehr als Lithiumkobaltoxid und haben daher keinen Vorteil in Bezug auf eine Mikrobatterie. Bei Verwendung in einer Leistungsbatterie muss eine Lithiumeisenphosphatbatterie wie andere Batterien mit Problemen bei der Batteriekonsistenz konfrontiert sein.

Vor- und Nachteile einer Lithiumeisenphosphatbatterie

Nachteile und Verbesserungsmaßnahmen der Lithiumeisenphosphatbatterie

Lithiumeisenphosphatbatterien haben auch ihre Nachteile. Beispielsweise haben Lithiumeisenphosphat-Kathodenmaterialien eine geringere Klopfdichte und eine geringere Kapazität wie Lithiumeisenphosphat.

Die Batterie hat ein größeres Volumen als eine Lithium-Ionen-Batterie wie Lithium-Kobaltoxid, daher hat sie keinen Vorteil in Bezug auf eine Mikrobatterie.

Die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien hängt hauptsächlich von den positiven und negativen Materialien ab. Lithiumeisenphosphat als lithium-batteriematerial ist erst in den letzten Jahren aufgetaucht. Die inländische Entwicklung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien mit großer Kapazität erfolgte im Juli 2005. Die Sicherheitsleistung und die Lebensdauer sind mit anderen Materialien nicht zu vergleichen. Dies sind die wichtigsten technischen Indikatoren für Leistungsbatterien. 1C Lade- und Entladezykluslebensdauer von 2000 Mal. Die Überladespannung der Einzelzellenbatterie 30 V brennt nicht, die Panne explodiert nicht. Lithium-Eisenphosphat-Kathodenmaterialien erleichtern die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien mit großer Kapazität in Serie. Um die Bedürfnisse von Elektrofahrzeugen zum häufigen Laden und Entladen zu erfüllen. Es hat die Vorteile ungiftig, umweltfreundlich, gute Sicherheitsleistung, große Auswahl an Rohstoffen, niedriger Preis und lange Lebensdauer. Es ist ein ideales Kathodenmaterial für eine neue Generation von Lithium-Ionen-Batterien. Dieses Projekt gehört zur Entwicklung funktionaler Energiematerialien in Hightech-Projekten. Dies ist der Schlüsselbereich, der vom nationalen Plan „863“, dem Plan „973“ und dem Entwicklungsplan der Hightech-Industrie für das elfte Fünfjahr unterstützt wird. Es hat eine schlechte elektrische Leitfähigkeit und eine langsame Lithiumionendiffusion. Das Problem der geringen spezifischen Kapazität beim Laden und Entladen mit hoher Geschwindigkeit ist eine Schwierigkeit, die die Entwicklung der Lithiumeisenphosphat-Industrie einschränkt. Der Grund, warum Lithiumeisenphosphat so spät nicht in großem Maßstab verwendet wurde, ist ein Hauptproblem. Eine schlechte elektrische Leitfähigkeit war jedoch eine relativ perfekte Lösung, um C oder ein anderes leitfähiges Mittel zuzusetzen. Gegenwärtig wird im tatsächlichen Produktionsprozess das Verfahren zum Hinzufügen einer organischen Kohlenstoffquelle und einer hochpreisigen Metallionendotierung in den Vorläufer zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Materialien A123 und Yantai Zhuoeng verwendet, um zu untersuchen, ob die Leitfähigkeit von Lithiumeisenphosphat vorliegt wurde um 7 Größenordnungen verbessert.

Das Lithiumeisenphosphat ist mit einer Leitfähigkeitseigenschaft versehen, die der von Lithiumcobaltat ähnlich ist. Das Labor berichtet, dass 0,1C beim Laden und Entladen erreichen können

Die spezifische Kapazität über 165mAh / g  tatsächlich erreicht 135-145mAh / g , die in der Nähe der Ebene der Lithiumcobaltat, aber Lithiumion Expansions

Das Problem der langsamen Dispersion ist immer noch nicht gut gelöst. Die derzeitige Lösung ist hauptsächlich die Nanometerisierung.

Die LiFePO4-Kornenthalpie verringert den Diffusionsabstand von Lithiumionen in den Körnern. Darüber hinaus scheint das Dotierungsverfahren zur Verbesserung des Diffusionskanals von Lithiumionen nicht wirksam zu sein. Es gibt weitere Studien zur Nanokristallisation, aber es ist schwierig, sie auf die tatsächliche industrielle Produktion anzuwenden. Derzeit behauptet nur A123, die Nanotechnologie-Industrie von LiFePO4 beherrscht zu haben.

Geringe Klopfdichte

Im Allgemeinen kann die Klopfdichte von nur 0,8-1,3 als großer Nachteil von Lithiumeisenphosphat bezeichnet werden. Alle Lithiumeisenphosphat-Kathodenmaterialien haben bei kleinen Batterien wie Mobiltelefonbatterien keinen Vorteil, so dass ihr Verwendungsbereich begrenzt ist.

Festes Limit

Selbst wenn die Kosten niedrig sind, die Sicherheitsleistung gut ist, die Stabilität gut ist und die Anzahl der Zyklen hoch ist, kann sie Lithiumkobaltoxid nur in geringer Menge ersetzen, wenn sie zu groß ist. Dieses Manko fällt jedoch bei den Leistungsbatterien nicht auf. Daher wird Lithiumeisenphosphat hauptsächlich zur Herstellung von Leistungsbatterien verwendet.

Lithiumeisenphosphat-Batterie hat eine schlechte Leistung bei niedrigen Temperaturen

Obwohl Menschen die Ionen- und Elektronenleitfähigkeit durch verschiedene Methoden wie das Dotieren von Lithium-, Eisen- und sogar Phosphorsäurestellen verbessern, kontrollieren sie den effektiven Reaktionsbereich durch Verbesserung der Partikelgröße und Morphologie von Primär- oder Sekundärpartikeln durch Zugabe zusätzlicher Leitfähigkeit elektronische Leitfähigkeit und dergleichen zur Verbesserung der Niedertemperaturleistung von Lithiumeisenphosphat. Die inhärenten Eigenschaften des Lithiumeisenphosphatmaterials bestimmen jedoch, dass seine Niedertemperaturleistung anderen positiven Elektrodenmaterialien wie Lithiummanganat unterlegen ist.

Im Allgemeinen bedeutet  für eine einzelne Batterie, dass es sich um eine einzelne Batterie handelt, nicht für den Akku. Für den Akku kann die gemessene Niedertemperaturleistung etwas höher sein. Dies hängt mit den Wärmeableitungsbedingungen und ihrer Kapazitätsbeibehaltung bei 0 ° C zusammen. Das Verhältnis beträgt etwa 60 bis 70 bis 10 ° C, was 20 bis 40 ° C ist, wenn es 40 bis 55 bis 20 ° C beträgt.

Eine solche Niedertemperaturleistung kann offensichtlich die Anforderungen der Stromquelle nicht erfüllen. Gegenwärtig haben einige Hersteller die Niedertemperaturleistung von Lithiumeisenphosphat durch Verbesserung des Elektrolytsystems, Verbesserung der positiven Elektrodenformel, Verbesserung der Materialeigenschaften und Verbesserung des Designs der Zellstruktur verbessert, die Anforderungen jedoch nicht wirklich erfüllt.

Problem mit der Batteriekonsistenz

Die Lebensdauer einer einzelnen Lithiumeisenphosphatbatterie beträgt derzeit mehr als das 2.000-fache, die Lebensdauer des Akkus wird jedoch erheblich verkürzt. Es kann 500 Mal sein. Da der Akku aus einer großen Anzahl einzelner Batterieketten besteht und sein Arbeitszustand besser ist als bei einer Gruppe von Personen, die mit Seilen zum Laufen gefesselt sind, selbst wenn jeder ein Sprinter ist, wenn die Bewegungskonsistenz aller nicht hoch ist, ist das Team läuft nicht schnell Gesamtgeschwindigkeit Noch langsamer als der Einzelspieler, der am langsamsten läuft.

In ähnlicher Weise kann der Akku nur dann den Stand der einzelnen Batterie erreichen, wenn die Batterieleistung sehr konstant ist.

Unter den gegebenen Bedingungen wirkt sich die schlechte Konsistenz der hergestellten Batterie aus verschiedenen Gründen auf die Batterieleistung und die Gesamtlebensdauer aus, so dass bestimmte Hindernisse bei der Anwendung des Triebwerks bestehen.

Vor- und Nachteile einer Lithiumeisenphosphatbatterie

Aufgrund der Erfahrung in Forschung, Entwicklung und Produktion von Lithium-Ionen-Batterien ist Japan das erste kommerzialisierte Land für Lithium-Ionen-Batterien und hat immer den High-End-Markt für Lithium-Ionen-Batterien besetzt. Obwohl die Vereinigten Staaten in einigen Grundlagenforschungen führend sind, gibt es noch keinen großen hersteller von lithium-ionen-batterien. Daher hat Japan modifiziertes Lithiummanganat als positives Elektrodenmaterial für Leistungslithiumionenbatterien gewählt. Auch in den USA werden Lithiumeisenphosphat und Lithiummanganat als Kathodenmaterialien für leistungsbasierte Lithiumionenbatterien verwendet, und die Bundesregierung unterstützt auch die Entwicklung dieser beiden Systeme. Angesichts der obigen Probleme von Lithiumeisenphosphat ist es schwierig, als positives Elektrodenmaterial für eine Leistungslithiumionenbatterie in Bereichen wie neuen Energiefahrzeugen weit verbreitet zu sein. Wenn es das Problem des Hochtemperaturzyklus und der schlechten Speicherleistung von Lithiummanganat mit seinen Vorteilen niedriger Kosten und hoher Ratenleistung lösen kann, hat es ein großes Potenzial bei der Anwendung von Lithium-Ionen-Leistungsbatterien.

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