磷酸鐵鋰電池技術參數
1996年,德克薩斯大學發現磷酸鹽可作為再充電鋰電池的陰極材料。磷酸鋰具有良好的電化學性能和低電阻。這是通過納米級磷酸鹽陰極材料實現的。
主要優點是高額定電流和長循環壽命;良好的熱穩定性,增強了安全性和對濫用的容忍度。如果長時間保持在高電壓下,磷酸鋰對全部充電條件的耐受性更強,并且比其他鋰離子系統的應力更小。
缺點是,較低的3.2V電池標稱電壓使得比能量低于鈷摻雜鋰離子電池。對于大多數電池來說,低溫會降低性能,升高儲存溫度會縮短使用壽命,磷酸鋰也不例外。
磷酸鋰具有比其他鋰離子電池更高的自放電,這可能會引起老化進而帶來均衡問題,雖然可以通過選用高質量的電池或使用先進的電池管理系統來彌補,但這兩種方式都增加了電池組的成本。
電池壽命對制造過程中的雜質非常敏感,不能承受水分的摻雜,由于水分雜質的存在有些電池最短壽命只有50個循環。圖9總結了磷酸鋰的屬性。常用磷酸鋰代替鉛酸起動蓄電池。四個串聯電池產生12.80V,與六個2V鉛酸電池串聯的電壓相似。車輛將鉛酸充電至14.40V(2.40V/電池)并保持浮充狀態。浮充的用意在于保持完全充電水平并防止鉛酸電池硫酸化。
通過串聯四個磷酸鋰電池,每個電池的電壓均為3.60V,這是正確的滿充電電壓。此時,應該斷開充電,但駕駛時繼續充電。磷酸鋰容忍一些過度充電;然而,由于大多數車輛在長途旅行中長時間保持電壓在14.40V,可能會增加磷酸鋰電池的機械應力。
時間會告訴我們磷酸鋰作為鉛酸電池的替代品能夠承受多長時間的過充電。低溫也會降低鋰離子的性能,可能會影響極端情況下的起動能力。
磷酸鐵鋰電池的特性
高能量密度
其理論比容量為170mAh/g,產品實際比容量可超過140mAh/g(0.2C,25°C);
安全性
是目前最安全的鋰離子電池正極材料;不含任何對人體有害的重金屬元素;
壽命長
在100%DOD條件下,可以充放電2000次以上。
磷酸鐵鋰電池爆炸起火原因
磷酸鐵鋰電池在一般情況下是不會出現爆炸起火的的。正常使用時磷酸鐵鋰電池的安全性較高,但是事無絕對,在一些極端情況下還是會發生危險的。這跟各公司的材料選擇、配比、工藝過程以及后期的使用是有很大關系的。
盡管磷酸鐵鋰材料從熱力學方面來說,其熱穩定性和結構穩定型是目前所有正極材料中最高的,并且在實際安全性能測試中也被驗證,但從材料以及電池內在發生短路的可能性和幾率來看,它可能又是最不安全的。
首先,從材料的制備來說,磷酸鐵鋰的固相燒結反應是一個復雜的多相反應,有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽,外加碳的前驅體以及還原性氣相。為了保證磷酸鐵鋰中的鐵元素是正二價,燒結反應必須在還原性氣氛中進行,而較強的還原性氣氛在將三價鐵離子還原成正二價鐵離子的過程中,存在將正二價鐵離子進一步還原成微量單質鐵的可能性。
單質鐵會引起電池的微短路,是電池中最忌諱的物質,這也是日本沒有將磷酸鐵鋰應用于動力型鋰離子電池中的主要原因之一。此外,固相反應一個顯著的特點是反應的緩慢性和不徹底性,這使得在磷酸鐵鋰中存在微量Fe2O3的可能性,美國阿貢實驗室將磷酸鐵鋰高溫循環性差的缺陷歸結為Fe2O3在充放電循環過程中的溶解以及單質鐵在負極上的析出。此外,為了提高磷酸鐵鋰的性能,必須將其顆粒納米化。而納米材料的一個顯著特點是結構穩定性和熱穩定性較低,化學活性較高,這在某種程度上也增加了磷酸鐵鋰中鐵溶解的幾率,特別是在高溫循環與儲存條件下。而實驗結果也表明,在負極上通過化學分析或者能譜分析,測試到鐵元素的存在。
從磷酸鐵鋰電池制備的方面來說,由于磷酸鐵鋰納米級顆粒較小,比表面積較高,并且由于采用碳包覆工藝,高比表面積的活性炭對空氣中的水分等氣體具有很強的吸附作用,造成電極加工性能不佳,粘結劑對其納米顆粒的粘附力較差。無論在電池制備過程中還是在電池的充放電循環和儲存時,納米顆粒都容易從電極上脫離,造成電池的內部微短路。
當然這只是在制作過程中的問題,鋰電池的工藝技術發展飛快。有些工藝技術已經非常的優秀。