什么是磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-29 12:52
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最近幾年，新能源汽車異常火爆，促使國內(nèi)動(dòng)力電池行業(yè)爆發(fā)式增長，動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心，電動(dòng)汽車使用的電池主要是磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池，下面主要討論磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
目前國內(nèi)新能源汽車主要使用的是磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，但磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的理論能量密度有限，磷酸鐵鋰電池單體能量密度為120Wh/kg，成組后能量密度為80Wh/kg，因此現(xiàn)企業(yè)正在積極研發(fā)能量密度更高的磷酸鐵錳鋰材料新型動(dòng)力鋰電池。而三元電池能量密度較高，三元鋰電池單體能量密度為180Wh/kg，成組后110Wh/kg，相應(yīng)的市場優(yōu)勢(shì)明顯。因此在能量密度方面，三元鋰電池優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。
從安全性上來講，磷酸鐵鋰電池比三元電池更具有優(yōu)勢(shì)。原因在于三元材料中鎳鈷鋁18650電池超過180℃就會(huì)自加熱，起火后很難控制，而磷酸鐵鋰材料到250℃才會(huì)發(fā)生放熱現(xiàn)象。從循環(huán)壽命方面來講，磷酸鐵鋰電池與三元電池相當(dāng)，單體電芯的循環(huán)壽命在3000次以上，成組后，因工作環(huán)境復(fù)雜，使用壽命有所下降。
總的來講，磷酸鐵鋰電池理論能量密度有限，沒有提升的空間，而三元鋰電池還有很大的提升空間，但是三元電池的安全性沒有磷酸鐵鋰電池高，兩者的循環(huán)壽命相當(dāng)。因兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。動(dòng)力電池企業(yè)應(yīng)該要更加注重電池的安全，加強(qiáng)生產(chǎn)監(jiān)控，嚴(yán)格保證質(zhì)量，才能保證新能源汽車的使用安全和乘用人的人身安全。
磷酸鐵鋰電池的全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池，這名字太長，簡稱為磷酸鐵鋰電池。由于它的性能特別適于作動(dòng)力方面的應(yīng)用，則在名稱中加入“動(dòng)力”兩字，即磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。也有人把它稱為“鋰鐵(LiFe)動(dòng)力電池”。
意義
截止本人增補(bǔ)此詞條(2013年4月24日)，金屬交易市場，鈷(Co)最貴，并且存儲(chǔ)量不多，鎳(Ni)、錳(Mn)較便宜，而鐵(Fe)最便宜。正極材料的價(jià)格也與這些金屬的價(jià)格行情一致。因此，采用LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應(yīng)是最便宜的。它的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境無污染。
作為充電電池的要求是：容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環(huán)性能、輸出電壓穩(wěn)定、能大電流充放電、電化學(xué)穩(wěn)定性能、使用中安全(不會(huì)因過充電、過放電及短路等操作不當(dāng)而引起燃燒或爆炸)、工作溫度范圍寬、無毒或少毒、對(duì)環(huán)境無污染。采用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰電池在這些性能要求上都不錯(cuò)，特別在大放電率放電(5～10C放電)、放電電壓平穩(wěn)上、安全上(不燃燒、不爆炸)、壽命上(循環(huán)次數(shù))、對(duì)環(huán)境無污染上，它是最好的，是目前最好的大電流輸出動(dòng)力電池。
結(jié)構(gòu)與工作原理
LiFePO4電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳(石墨)組成的電池負(fù)極，由銅箔與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)，電池由金屬外殼密閉封裝。
LiFePO4電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負(fù)極遷移;在放電過程中，負(fù)極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時(shí)來回遷移而命名的。
主要性能
LiFePO4電池的標(biāo)稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。由于各個(gè)生產(chǎn)廠家采用的正、負(fù)極材料、電解質(zhì)材料的質(zhì)量及工藝不同，其性能上會(huì)有些差異。例如同一種型號(hào)(同一種封裝的標(biāo)準(zhǔn)電池)，其電池的容量有較大差別(10%～20%)。
磷酸鐵鋰動(dòng)力電池主要性能列于表1。為了與其他可充電電池的相比較，也在表中列出其他種類可充電電池性能。這里要說明的是，不同工廠生產(chǎn)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在各項(xiàng)性能參數(shù)上會(huì)有一些差別;另外，有一些電池性能未列入，如電池內(nèi)阻、自放電率、充放電溫度等。
磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的容量有較大差別，可以分成三類：小型的零點(diǎn)幾到幾毫安時(shí)、中型的幾十毫安時(shí)、大型的幾百毫安時(shí)。不同類型電池的同類參數(shù)也有一些差異。這里再介紹一種目前應(yīng)用較廣的小型標(biāo)準(zhǔn)圓柱形封裝的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的參數(shù)。其外廓尺寸：直徑為18mm、高650mm(型號(hào)為18650)，其參數(shù)性能如表2所示。
過放電到零電壓試驗(yàn)
采用STL18650(1100mAh)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池做過放電到零電壓試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：用0.5C充電率將1100mAh的STL18650電池充滿，然后用1.0C放電率放電到電池電壓為0C。再將放到0V的電池分兩組：一組存放7天，另一組存放30天;存放到期后再用0.5C充電率充滿，然后用1.0C放電。最后比較兩種零電壓存放期不同的差別。
試驗(yàn)的結(jié)果是，零電壓存放7天后電池?zé)o泄漏，性能良好，容量為100%;存放30天后，無泄漏、性能良好，容量為98%;存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到100%。
這試驗(yàn)說明該電池 即使出現(xiàn)過放電(甚至到0V)，并存放一定時(shí)間，電池也不泄漏、損壞。這是其他種類鋰離子電池不具有的特性。
