Fullt nafn litíum járnfosfat rafhlöðu er litíum járn fosfat litíum jón rafhlaða, þetta nafn er of langt, nefnt litíum járn fosfat rafhlaða. Vegna þess að frammistaða þess hentar sérstaklega vel fyrir orkunotkun, er orðinu "kraftur" bætt við nafnið, það er litíum járnfosfat rafhlaða. Sumir kalla það líka "lithium iron (LiFe) rafhlöðu."
Starfsregla
Litíum járnfosfat rafhlaða vísar til litíum jón rafhlöðu sem notar litíum járn fosfat sem jákvætt rafskautsefni. Helstu bakskautsefni litíumjónarafhlöðu eru litíumkóbalt, litíummanganat, litíumnikkel, þrískipt efni, litíumjárnfosfat og svo framvegis. Lithium cobaltate er rafskautaefnið sem notað er í flestum litíumjónarafhlöðum.
þýðingu
Á málmviðskiptamarkaði er kóbalt (Co) dýrast og hefur litla geymslu, nikkel (Ni) og mangan (Mn) eru ódýrari og járn (Fe) hefur meiri geymslu. Verð á rafskautsefninu er einnig í samræmi við verð þessara málma. Þess vegna ættu litíumjónarafhlöður úr LiFePO4 bakskautsefnum að vera frekar ódýrar. Annar eiginleiki þess er engin mengun fyrir umhverfið.
Sem endurhlaðanleg rafhlaða eru kröfurnar: mikil afköst, mikil framleiðsla, góð afköst hleðslu-úthleðslulotu, stöðug framleiðsla, mikil straumhleðsla, rafefnafræðilegur stöðugleiki, öryggi í notkun (mun ekki valda bruna eða sprengingu vegna óviðeigandi notkunar svo sem ofhleðsla, ofhleðsla og skammhlaup), breitt rekstrarhitasvið, óeitrað eða minna eitrað, engin mengun fyrir umhverfið. Litíum járnfosfat rafhlöður sem nota LiFePO4 sem jákvætt rafskaut eru góðar í þessum kröfum um frammistöðu, sérstaklega í miklum losunarhraða útskrift (5 ~ 10C losun), stöðuga útskriftarspennu, öryggi (enginn bruni, engin sprenging), líf (fjöldi lota), og engin mengun fyrir umhverfið, það er best, er eins og er besta hástraumsframleiðsla rafhlaðan.
Uppbygging og starfsregla
LiFePO4, sem jákvæð rafskaut rafhlöðunnar, er tengd með álpappír við jákvæða rafskaut rafhlöðunnar. Í miðjunni er fjölliða þind, sem skilur jákvæða rafskautið frá neikvæðu rafskautinu, en litíumjón Li kemst í gegn og rafeind e- kemst ekki í gegn. Hægra megin er neikvæða rafskaut rafhlöðunnar úr kolefni (grafít), sem er tengt við neikvæða rafskaut rafhlöðunnar með koparþynnu. Á milli efri og neðri enda rafhlöðunnar er raflausn rafhlöðunnar og rafhlaðan er innsigluð með málmskel.
Þegar LiFePO4 rafhlaðan er hlaðin, flytur litíumjón Li í jákvæðu rafskautinu til neikvæða rafskautsins í gegnum fjölliða þindið; Meðan á losunarferlinu stendur flytur litíumjón Li í neikvæða rafskautinu í gegnum þindið til jákvæða rafskautsins. Lithium-ion rafhlöður eru nefndar vegna þess að litíumjónir flytjast fram og til baka þegar þær eru hlaðnar og losaðar.
Aðalframmistaða
Nafnspenna LiFePO4 rafhlöðunnar er 3,2V, lúkningarhleðsluspennan er 3,6V og lúkningarspennan er 2,0V. Vegna mismunandi gæða og ferlis jákvæðra og neikvæðra rafskautaefna og raflausnaefna sem notuð eru af ýmsum framleiðendum verður árangur þeirra nokkuð öðruvísi. Til dæmis, sama líkan (sama pakki af venjulegri rafhlöðu), rafhlöðugeta hennar hefur mikinn mun (10% til 20%).
Það skal tekið fram hér að það er nokkur munur á frammistöðubreytum litíum járnfosfat rafhlöður framleiddar af mismunandi verksmiðjum; Að auki eru einhver rafhlöðuafköst ekki innifalin, svo sem innri viðnám rafhlöðunnar, sjálfsafhleðsluhraði, hleðslu og losunarhitastig.
Afkastageta litíum járnfosfat rafhlöður er mjög mismunandi og má skipta henni í þrjá flokka: litla tíundu til nokkra milliampa, meðalstórar tugir milliampa og stór hundruð milliampa. Það er líka nokkur munur á sömu breytum mismunandi gerða rafhlöðu.
Ofhleðsla í núllspennupróf:
Afhleðslu í núllspennupróf STL18650(1100mAh) litíum járnfosfat rafhlöðu var framkvæmd. Prófunarskilyrði: Hladdu 1100mAh STL18650 rafhlöðuna með 0,5C hleðsluhraða, og tæmdu hana síðan með 1,0C afhleðsluhraða þar til rafhlöðuspennan er 0C. Síðan er rafhlöðunum sem settar eru í 0V skipt í tvo hópa: annar hópurinn er geymdur í 7 daga, hinn hópurinn er geymdur í 30 daga; Eftir að geymsla rennur út er hún fyllt með 0,5C hleðsluhraða og síðan tæmd með 1,0C. Að lokum er munurinn á geymslutímabilunum tveimur núllspennu borinn saman.
Niðurstaða prófunarinnar er sú að eftir 7 daga af núllspennugeymslu hefur rafhlaðan engan leka, góða frammistöðu og afkastagetan er 100%; Eftir 30 daga geymslu, enginn leki, góður árangur, afkastageta 98%; Eftir 30 daga geymslu er rafhlaðan hlaðin og tæmd í 3 lotur í viðbót og afkastagetan er aftur komin í 100%.
Þetta próf sýnir að jafnvel þótt litíum járnfosfat rafhlaðan hafi verið tæmd (jafnvel að 0V) og geymd í ákveðinn tíma mun rafhlaðan ekki leka og skemma. Þetta er eiginleiki sem aðrar gerðir af litíumjónarafhlöðum hafa ekki.
Kostur
1. Bætt öryggisframmistöðu
PO tengið í litíum járnfosfat kristal er stöðugt og erfitt að brjóta niður, jafnvel við háan hita eða ofhleðslu, það mun ekki hrynja og hita eða mynda sterk oxandi efni eins og litíum kóbaltoxíð, svo það hefur gott öryggi. Greint hefur verið frá því að lítill hluti sýnisins hafi brunnið í raunverulegri notkun nálarinnar eða skammhlaupstilraunarinnar, en engin sprenging varð og í ofhleðslutilrauninni var notuð háspennuhleðsla sem fór verulega yfir sjálfsafhleðsluna. spennu nokkrum sinnum, og kom í ljós að enn var sprenging. Hins vegar hefur ofhleðsluöryggi þess verið bætt verulega samanborið við venjulegar fljótandi raflausn litíum kóbaltoxíð rafhlöður.
2. Umbætur á lífinu
Litíum járnfosfat rafhlaða er litíum jón rafhlaða sem notar litíum járn fosfat sem jákvætt rafskautsefni.
Endingartími langlífa blýsýru rafhlöðunnar er um það bil 300 sinnum og hámarkið er 500 sinnum, en litíum járnfosfat rafhlaðan er meira en 2000 sinnum endingartími og hefðbundin hleðsla ({{5} }klukkutímahlutfall) er hægt að nota í 2000 sinnum. Sama gæða blýsýru rafhlaðan er "ný hálft ár, gömul hálft ár, viðhald og viðhald í hálft ár í viðbót", í mesta lagi 1 til 1,5 ár, og litíum járnfosfat rafhlöður eru notaðar við sömu aðstæður, fræðilega líf verður 7 til 8 ár. Á heildina litið er frammistöðuverðshlutfallið meira en 4 sinnum það sem er miðað við blýsýrurafhlöður í orði. Hástraumshleðsla getur verið hástraumur 2C hraðhleðsla og afhleðsla, undir sérstöku hleðslutæki getur 1,5C hleðsla verið fullhlaðin innan 40 mínútna, byrjunarstraumur allt að 2C og blýsýrurafhlöður hafa ekki þessa afköst.
3. Góð háhitaafköst
Hámarksgildi litíumjárnfosfats getur náð 350 gráður -500 gráður, en litíummanganat og litíumkóbaltat eru aðeins um 200 gráður. Rekstrarhitastigið er breitt (-20C-- 75C) og rafmagnstopp litíumjárnfosfats getur náð 350 gráður -500 gráður, en litíummangansýra og litíumkóbaltsýra eru aðeins um 200 gráður.
4. Stór getu
Rafhlöður virka oft undir því skilyrði að þær séu fullar og ekki tæmdar og afkastagetan verður fljótt lægri en nafngetugildið, sem kallast minnisáhrif. Eins og nikkel-málmhýdríð, hafa nikkel-kadmíum rafhlöður minni og litíum járnfosfat rafhlöður hafa ekki þetta fyrirbæri, sama í hvaða ástandi rafhlaðan er, þá er hægt að nota hana með hleðslunni, án þess að setja hana fyrst fyrir og síðan hlaða.
6. Létt þyngd
Rúmmál og þyngd litíum járnfosfat rafhlöðu með sömu getu er 2/3 af rúmmáli og 1/3 af þyngd blýsýru rafhlöðu.
7. Umhverfisvernd
Lithium járnfosfat rafhlöður eru almennt taldar lausar við alla þungmálma og sjaldgæfa málma (nikkelmálmhýdríð rafhlöður þurfa sjaldgæfa málma), óeitraðar (SGS vottun), mengunarlausar, í samræmi við evrópskar RoHS reglugerðir, fyrir algert grænt rafhlöðuvottorð. Þess vegna er ástæðan fyrir því að litíum rafhlöður eru bjartsýnar af iðnaði aðallega umhverfisverndarsjónarmið, þannig að rafhlaðan hefur verið tekin með í "863" landsvísu hátækniþróunaráætluninni á "tíunda fimm ára áætluninni" tímabilinu, og er orðið þjóðlegt lykilverkefni til að styðja við og hvetja til þróunar. Með inngöngu Kína í WTO mun útflutningsmagn rafmagnshjóla Kína aukast hratt og rafhjól sem fara inn í Evrópu og Bandaríkin hafa þurft að vera búin mengunarlausum rafhlöðum.
Hins vegar sögðu sumir sérfræðingar að umhverfismengun af völdum blýsýru rafhlöður eigi sér aðallega stað í óstöðluðu framleiðsluferli og endurvinnsluferli fyrirtækja. Á sama hátt tilheyra litíum rafhlöður nýja orkuiðnaðinum er gott, en það getur ekki forðast vandamálið af þungmálmumengun. Blý, arsen, kadmíum, kvikasilfur, króm o.fl. við vinnslu málmefna geta losnað í ryk og vatn. Rafhlaðan sjálft er efnafræðilegt efni, svo það er hægt að framleiða tvenns konar mengun: ein er vinnsluúrgangsmengun í framleiðsluverkefninu; Annað er mengun rafhlöðunnar eftir úreldingu.
Litíum járnfosfat rafhlöður hafa einnig sína ókosti: svo sem léleg afköst við lágan hita, lítill jákvæður titringsþéttleiki, rúmmál litíum járn fosfat rafhlöður með sömu getu er stærra en litíum jón rafhlöður eins og litíum kóbalt sýru, svo það hefur ekki kostur hvað varðar ör-rafhlöður. Þegar þær eru notaðar í rafhlöður þurfa litíum járnfosfat rafhlöður, eins og aðrar rafhlöður, að takast á við vandamál með samkvæmni rafhlöðunnar.
Galli
Hvort efni hefur möguleika á þróun forrita, auk þess að einblína á kosti þess, þá er mikilvægara hvort efnið hafi grundvallargalla.
Kína velur nú almennt litíum járnfosfat sem jákvætt rafskautsefni fyrir kraftlitíumjónarafhlöður, frá stjórnvöldum, vísindarannsóknastofnunum, fyrirtækjum og jafnvel verðbréfafyrirtækjum og öðrum markaðssérfræðingum eru bjartsýnir á þetta efni, sem kraftlitíumjónarafhlöðuþróun átt. Ástæðurnar eru aðallega þessar: Í fyrsta lagi, fyrir áhrifum af rannsóknar- og þróunarstefnu Bandaríkjanna, voru Valence og A123 fyrirtæki í Bandaríkjunum fyrstir til að nota litíumjárnfosfat sem jákvætt rafskautsefni litíumjónarafhlöðu. Í öðru lagi hefur engin innlend framleiðsla verið á litíum manganati efnum með góða háhita hjólreiðar og geymslueiginleika fyrir kraftlitíum jón rafhlöður. Hins vegar hefur litíumjárnfosfat einnig grundvallargalla sem ekki er hægt að hunsa, sem má draga saman sem hér segir:
1. Í sintrunarferli litíumjárnfosfatframleiðslu hefur járnoxíð möguleika á að minnka í frumefnisjárn í háhitalækkandi andrúmslofti. Frumefnisjárn getur valdið örskammhlaupi í rafhlöðunni og er tabúasta efnið í rafhlöðunni. Þetta er líka aðalástæðan fyrir því að Japan hefur ekki notað þetta efni sem jákvætt rafskautsefni fyrir kraftlitíumjónarafhlöður.
2. Litíum járnfosfat hefur nokkra frammistöðugalla, svo sem titringsþéttleika og þjöppunarþéttleiki er mjög lítill, sem leiðir til lítillar orkuþéttleika litíumjónarafhlöðu. Afköst lághitastigs eru léleg, jafnvel nanó- og kolefnishúð leysti ekki þetta vandamál. Dr. Don Hillebrand, forstöðumaður Energy Storage System Center í Argonne National Laboratory í Bandaríkjunum, þegar hann talaði um lághitaframmistöðu litíum járnfosfat rafhlöður, notaði hann hræðilega til að lýsa prófunarniðurstöðum litíum járn fosfat litíum jón rafhlöður. að litíum járnfosfat rafhlöður við lágt hitastig (undir 0 gráðu C) geta ekki látið rafbíla ganga. Þó að sumir framleiðendur haldi því fram að getu varðveisluhraði litíum járnfosfat rafhlöður sé góður við lágt hitastig, þá er það þegar um er að ræða lítinn afhleðslustraum og lága útskriftarspennu. Í þessu tilviki mun tækið alls ekki byrja að virka.
3. Undirbúningskostnaður efnisins og framleiðslukostnaður rafhlöðunnar er hærri, afrakstur rafhlöðunnar er lágur og samkvæmni er léleg. Nanómetrar og kolefnishúð af litíumjárnfosfati bæta rafefnafræðilega frammistöðu efnisins, en koma einnig með önnur vandamál, svo sem minni orkuþéttleika, aukinn nýmyndunarkostnað, lélega rafskautsvinnsluafköst og erfiðar umhverfiskröfur. Þrátt fyrir að efnafræðilegir þættir Li, Fe og P í litíumjárnfosfati séu mjög ríkir og kostnaðurinn sé lítill, er kostnaður við tilbúna litíumjárnfosfatafurðina ekki lágur, jafnvel þótt snemma rannsókna- og þróunarkostnaður sé fjarlægður, er vinnslukostnaður við efni auk hár kostnaður við að undirbúa rafhlöðuna mun gera endanlega eining orku geymslukostnaður er hærri.
4. Lélegt vörusamræmi. Sem stendur er engin litíum járn fosfat efni verksmiðja í Kína til að leysa þetta vandamál. Frá sjónarhóli efnisgerðar er myndun litíumjárnfosfats flókin fjölfasa viðbrögð, með fastfasa fosfati, járnoxíði og litíumsalti, auk kolefnisforvera og afoxandi gasfasa. Í þessu flókna hvarfferli er erfitt að tryggja samkvæmni hvarfsins.
5. Hugverkamál. Sem stendur er grunneinkaleyfið fyrir litíumjárnfosfat í eigu háskólans í Texas, en Kanadamenn nota einkaleyfi á kolefnishúðun. Ekki er hægt að komast framhjá þessum tveimur grunneinkaleyfum, ef kostnaður við þóknanir er reiknaður, mun kostnaður við vöruna aukast enn frekar.
Að auki, af reynslu af rannsóknum og þróun og framleiðslu á litíumjónarafhlöðum, er Japan fyrsta landið til að markaðssetja litíumjónarafhlöður og hefur alltaf hertekið hágæða litíumjónarafhlöðurmarkaðinn. Þrátt fyrir að Bandaríkin séu leiðandi í sumum grunnrannsóknum, þá eru þeir ekki með stóran litíumjónarafhlöðuframleiðanda hingað til. Þess vegna er sanngjarnara fyrir Japan að velja breytt litíummanganat sem jákvætt rafskautsefni fyrir kraftmikla litíumjónarafhlöður. Jafnvel í Bandaríkjunum er notkun litíumjárnfosfats og litíummanganats sem framleiðendur litíumjónarafhlöðu bakskautsefnis jafnt skipt og alríkisstjórnin styður einnig þróun beggja kerfa. Í ljósi ofangreindra vandamála sem eru fyrir hendi í litíumjárnfosfati, er erfitt að vera mikið notað sem jákvætt rafskautsefni fyrir kraftlitíumjónarafhlöður á sviðum eins og nýjum orkutækjum. Ef við getum leyst vandamálið með lélegum háhitahjólreiðum og geymsluárangri litíummanganats, með kostum þess lágs kostnaðar og háhraða frammistöðu, mun það hafa mikla möguleika í beitingu kraftmikilla litíumjónarafhlöðu.
