Stručné predstavenie lítium-železo-fosfátovej batérie

1. Vymedzenie pojmulítium-železitá fosfátová batéria

Batéria lítium-železo-fosfát sa vzťahuje na lítium-iónovú batériu používajúcu fosforečnan lítno-železitý ako materiál pozitívnej elektródy.

Existuje veľa druhov katódových materiálov pre lítium-iónové batérie, najmä lítium-kobaltičnan, lítium-manganát, lítium-nikelát, ternárne materiály, fosforečnan lítno-železitý, atď. Medzi nimi sa v súčasnosti ako katódový materiál pre drvivú väčšinu používa oxid lítny a kobaltnatý. lítium-iónové batérie, zatiaľ čo iné katódové materiály sa v súčasnosti z rôznych dôvodov na trhu hromadne nevyrábajú. Fosfát lítno-železnatý je tiež jednou z lítium-iónových batérií. Z princípu materiálov je fosforečnan lítno-železnatý tiež interkalačným / deinterkalačným procesom. Tento princíp je úplne rovnaký ako oxid kobaltu lítny a mangán lítny.

Fosforečnan lítno-železnatý postupne vstupuje na trh s lítium-iónovými napájacími batériami z dôvodu výhod bezpečnosti, výhodnosti životnosti cyklu a nákladov na materiál.

2. Materiál katódy z fosforečnanu lítno-železitého

V roku 1997 spoločnosť AKPadhi prvýkrát uviedla, že fosforečnan lítno-železnatý (LiFePO4) má funkciu rozkladu lítia. Tento materiál obsahuje lítiový interkalačný materiál na báze fosfínu typu olivínu, LiMP04 (M: Mn, Fe, Co, Ni), a stal sa veľmi sľubným katódovým materiálom pre lítium-iónové batérie. Fosforečnan lítno-železo ako pozitívny materiál elektród pre lítium-iónové batérie má dobrý elektrochemický výkon, nabíjacia a vybíjacia platforma je veľmi stabilná a štruktúra je stabilná počas nabíjania a vybíjania. Zároveň je materiál netoxický, neznečisťujúci, má dobrú bezpečnostnú účinnosť, môže sa používať vo vysokoteplotnom prostredí a má širokú škálu surovinových zdrojov. V súčasnosti je v priemysle batérií horúcim miestom pre vývoj a výskum.

Tento materiál má kryštálovú štruktúru znázornenú na obrázku vyššie.

Prevádzkové napätie: 2,5 ~ 3,6 V, platforma je asi 3,3 V, čo je menej ako 3,7 V lítiová batéria oxidu kobaltu.

Kvôli zlej vodivosti materiálu je potrebné dopovať vodivý uhlíkový materiál alebo vodivé kovové častice do častíc fosforečnanu lítno-železitého alebo obaliť povrch častíc fosforečnanu lítneho vodivým uhlíkovým materiálom, aby sa zlepšila elektronická vodivosť materiálu. materiál; alebo doping s kovovými iónmi na zlepšenie vodivosti. Hustota materiálu je nízka a objemovo špecifická kapacita batérie je nízka, iba 180 Wh / L (oxid kobaltnatý lítny môže byť vyšší ako 400 Wh / L). V oblasti malých batérií je batéria rovnakej veľkosti menšia ako polovica existujúcej kapacity batérií.

3. Batéria lítno-železo-fosfátová a jej výhody a nevýhody

Výhody fosforečnanu lítno-železnatého:

1. Bezpečnosť. Bezpečnosť fosforečnanu lítno-železitého je najlepšia zo všetkých materiálov v súčasnosti. Samozrejme má rovnaké bezpečnostné vlastnosti ako iné fosfáty. Ak ako batériu používate fosforečnan lítno-železnatý, nikdy by ste sa nemali báť problému výbuchu.

2. Vysoká stabilita. Vrátane nabíjania pri vysokej teplote, dobrej stability kapacity, dobrého skladovacieho výkonu atď. Toto je najväčšia výhoda a je to najlepšia zo všetkých známych materiálov.

3. Ochrana životného prostredia. Celý výrobný proces je čistý a netoxický. Všetky suroviny sú netoxické. Na rozdiel od kobaltu je toxická látka.

4. Cena je lacná. Fosfát používa ako materiály zdroj kyseliny fosforečnej, lítia a železa. Tieto materiály sú veľmi lacné, žiadne strategické zdroje a vzácne zdroje.

Nevýhody fosforečnanu lítno-železnatého:

1. Zlá vodivosť. Tento problém je jeho najdôležitejším problémom. Hlavným problémom je dôvod, prečo sa fosforečnan lítno-železo nepoužíval tak neskoro. Tento problém sa však teraz dá vyriešiť dokonale: je to pridanie C alebo iných vodivých látok. Laboratórne správy môžu dosiahnuť špecifickú kapacitu 160 mAh / g alebo viac. Fosfát lítno-železitý, ktorý vyrába naša spoločnosť, sa počas výrobného procesu pridal s vodivým činidlom a pri výrobe batérie sa nemusí pridávať. V skutočnosti by materiál mal byť: LiFePO4 / C, taký kompozitný materiál.

2. Hustota klepania je nízka. Všeobecne môže dosiahnuť iba 1,3 - 1,5 a nízka hustota po strasení sa dá považovať za najväčšiu nevýhodu fosforečnanu lítno-železnatého. Tento nedostatok naznačuje, že nemá výhodu v malých batériách, ako sú batérie mobilných telefónov. Aj keď má nízke náklady, dobrý bezpečnostný výkon, dobrú stabilitu a vysoké doby cyklu, ak je objem príliš veľký, môže nahradiť oxid kobaltu lítny iba v malom množstve. Tento nedostatok nebude výrazný pri napájacích batériách. Preto sa fosforečnan lítno-železnatý používa hlavne na výrobu batérií.

3. V súčasnosti výskum a vývoj nie sú hĺbkové. Súčasná industrializácia fosforečnanu lítno-železitého ako materiálu katódy nie je optimistická. Pretože sa vyvinul v posledných dvoch rokoch, je potrebné pokračovať vo výskume v rôznych oblastiach.

4. Iné

V oblasti napájacích batérií sa kvôli bezpečnostným problémom a vysokým cenám oxidu lítneho kobaltu vznášal pred dverami napájacích batérií a nikdy úplne nevstúpil do oblasti napájacích batérií. Súčasná situácia je v tom, že kobaltičnan lítny a mangan lítny sa používajú v malých dávkach. Kvôli ich vrodeným nedostatkom však neboli komercializované vo veľkých množstvách. Výrobky sa nachádzajú iba v skúšobnej fáze malých sérií. V súčasnej dobe vo veľkom meradle komercializácia Stále existujú neprekonateľné ťažkosti s prevádzkou. V oblasti energetických batérií majú materiály pozitívnych elektród na báze kyseliny fosforečnej dlhú životnosť cyklu, vynikajúci bezpečnostný výkon, dobrý výkon pri vysokých teplotách, extrémne nízku cenu a výkon pri nízkych teplotách a rýchlostný výboj už môže dosiahnuť úroveň oxidu lítneho kobaltu. Stáva sa najsľubnejším materiálom pre energetické batérie, v nasledujúcich 5 rokoch sa môže stať hlavnou náhradou nikel-kadmiových batérií, v nasledujúcich 10 rokoch sa stane silným konkurentom olovených batérií a môže sa nahradiť v nasledujúcich 20 rokov Olovené batérie sa stali hlavným štartovacím zdrojom, zdrojom UPS a záložným zdrojom a stali sa lídrom sekundárnych batérií.

Hlavnými problémami fosforečnanu lítno-železnatého sú nízka kapacita, vysoké výrobné náklady a náročné spracovanie pri výrobe batérií (buničina, ťahanie, valcovanie a iné procesy si vyžadujú špeciálne spracovanie, mnoho spoločností to nedokáže dobre zvládnuť). koordinácia, ktorá je výrazne ovplyvnená procesom) a súčasným trendom v používaní elektrických spotrebičov je kompaktný vývoj, takže aj batéria má rovnaké požiadavky na vysokú objemovú hustotu energie. Z hľadiska kapacity nemá fosforečnan lítno-železnatý žiadnu budúcnosť. Niektoré polia batérií majú výhody, napríklad napájacie batérie.

Fosforečnan lítno-železnatý má nízku hustotu poklepu a veľkú špecifickú plochu povrchu. Je potrebné zmeniť pokročilou technológiu batérie a povrchová hustota pólového nástavca batérie je nízka, takže kapacita rovnakého typu batérie je nižšia.

Elektrolyt tiež potrebuje znovu vyvinúť vhodný elektrolytový systém a jeho výkon s existujúcim zrelým elektrolytom je ťažké.

Okrem toho, pretože rozsah prevádzkového napätia lítium-železo-fosfátových batérií je 2,5 až 3,6 V a platforma je asi 3,3 V, neexistuje žiadny ochranný obvod a nabíjačka, je ťažké uplatniť svoje vlastnosti na existujúcich elektronických zariadeniach.Celkom je potrebná priemyselná integrácia.