目前蓄電池廠家并沒有推出磷酸鐵鋰蓄電池,而按照鐵鋰電池的特性,理論上是可以用來替代鉛酸電池的。汽車蓄電池的特點(diǎn)就是可以大電流放電 ,啟動時(shí)電流可以達(dá)到數(shù)百安。啟動后可以大電流充電、無記憶效應(yīng)、而且對充電要求不高、只要電壓不高于14.5v都可以。不需要恒流充電、電流大小都可以充電、危險(xiǎn)性低、性能比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)是能量密度低,自放電率大,較笨重,壽命短。

 

 

 

磷酸鐵鋰電池曾經(jīng)在電動汽車上廣泛應(yīng)用,但是后來因?yàn)槟芰棵芏鹊偷仍蛑饾u被三元鋰電池取代,比亞迪引以為傲的鐵電池就是磷酸鐵鋰電池電池。目前也逐步被三元鋰電池取代。磷酸鐵鋰電池單體電壓3.2V,充電截止電壓3.6v。如果用在汽車上需要四串N并,電壓則在12.8-14.4v之間,這個(gè)電壓用于汽車啟動是沒有問題的。

 

 

 

鐵鋰電池支持大電流放電,標(biāo)準(zhǔn)放電電流3-5C,高電流持續(xù)放電支持10c,瞬間放電電流可以達(dá)到20C以上。這也是為什么一個(gè)小小的充電寶就能啟動汽車的原理。例如容量為12V8ah的鐵鋰電池,以20C電流瞬間放電時(shí)電流可以輕松達(dá)到160安以上!而容量20ah的鐵鋰電池,瞬間啟動電流可以達(dá)到400安以上,啟動汽車毫無壓力。

 

 

 

雖然品牌電瓶制造企業(yè)并沒有推出車用鐵鋰電池,但是民間已經(jīng)有人在組裝鐵鋰電池在銷售?？梢灾苯犹鎿QAMG電瓶,并且容量密度高于鉛酸電池,所以重量要輕很多。啟動電流也比同容量的鉛酸電瓶大很多,電壓也高于鉛酸電池。所以車輛啟動時(shí)會比鉛酸電池更加順暢。但是4串的鐵鋰電池需要加裝保護(hù)板,所以電池穩(wěn)定性肯定不如鉛酸電池。而且有一定的自燃危險(xiǎn),目前遠(yuǎn)期效果還沒有得到驗(yàn)證。這也是蓄電池廠商沒有推出鐵鋰電池的原因吧!作為動力電池，使用壽命往往要達(dá)到10-15年，期間要進(jìn)行1000次以上的充放電，因此對于動力電池的衰降機(jī)理研究就顯得尤為重要，來自德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Neelima Paul和他所在的團(tuán)隊(duì)就利用中子衍射的方法對磷酸鐵鋰電池衰降機(jī)理進(jìn)行了研究。研究顯示造成磷酸鐵鋰電池容量衰降的主要因素是活性Li的損失，在衰降電池中沒有發(fā)現(xiàn)正負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)衰降和活性物質(zhì)失活。

實(shí)驗(yàn)中Neelima Paul采用了18650型電池，正極采用磷酸鐵鋰LFP，負(fù)極分別采用了中間相碳微球MCMB和針狀焦NC，兩種負(fù)極材料形貌入上圖所示（a,b為MCMB，c,d為NC），負(fù)極冗余度為1.25，每種負(fù)極的電池準(zhǔn)備了2只，其中一只在1C倍率下循環(huán)4750次，另一只在20%SoC狀態(tài)下存儲2年。

兩種不同負(fù)極的磷酸鐵鋰電池的循環(huán)性能和儲存性能如上圖所示，從數(shù)據(jù)上我們可以看到，采用MCMB負(fù)極的電池衰降是呈現(xiàn)線性的，1C循環(huán)4750次容量損失8.2%。而采用NC負(fù)極的電池則呈現(xiàn)出了一個(gè)完全不同的衰降趨勢，在前一千次容量衰降非?？欤S后逐漸變慢，最后達(dá)到于MCMB負(fù)極電池相同的衰降速率，最終1C循環(huán)4750次，容量損失為23.1%。在20%SoC，23℃狀態(tài)下存儲2年的時(shí)間，采用MCMB負(fù)極的磷酸鐵鋰電池容量增加了1.5%，而采用NC負(fù)極的磷酸鐵鋰電池容量下降了10.8%。

為了在不破壞電池的前提下獲取正極材料和負(fù)極材料詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息，Neelima Paul利用中子衍射的方法對循環(huán)和儲存的磷酸鐵鋰電池進(jìn)行了分析，中子衍射的結(jié)構(gòu)如上圖所示。放電后的磷酸鐵鋰電池的中子衍射圖譜如下圖所示。放電后的磷酸鐵鋰電池，正極磷酸鐵鋰處于嵌鋰狀態(tài)，而負(fù)極出于脫鋰狀態(tài)，但是實(shí)際上我們在衍射圖譜上看到了正極中還存在著FePO4的衍射峰，這表明正極中存在著數(shù)量可觀的FePO4。經(jīng)過相關(guān)的計(jì)算顯示，采用MCMB負(fù)極的儲存電池LFP：FP比例為75:25，而循環(huán)電池的LFP：FP比例為67:33，采用NC負(fù)極的儲存電池這一比例為58:42，循環(huán)電池的這一比例為55:45。我們在中子衍射圖譜中沒有觀察到嵌鋰狀態(tài)的石墨LiC6的衍射峰，這表明在電池中不存在嵌鋰，但是與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)失去連接的嵌鋰狀態(tài)石墨LiC6。

電池在充電狀態(tài)下，正極的磷酸鐵鋰材料完全脫鋰，負(fù)極發(fā)生嵌鋰，此時(shí)磷酸鐵鋰電池的中子衍射圖譜如下圖所示。從圖上我們可以注意到負(fù)極主要由LiC6和LiC12的衍射峰組成，經(jīng)過計(jì)算可以得到，采用MCMB負(fù)極的儲存電池的LiC6:LiC12為23:77，對于循環(huán)電池這一比例為12:88，但是采用NC負(fù)極的磷酸鐵鋰電池，無論是經(jīng)過循環(huán)還是經(jīng)過存儲后，LiC6的衍射峰都十分的微弱，幾乎不可見，說明LiC6所占的比例非常小。考慮到電池負(fù)極的冗余度1.25，只有電池容量在理論容量（按LFP比容量為160mAh/g計(jì)算）的62.5%以上時(shí)才會出現(xiàn)LiC6化合物，由于采用NC負(fù)極的電池容量較低，僅為理論容量的51.1%（存儲）和52.8%（循環(huán)），因此負(fù)極并不會形成LiC6化合物。在所有電池的中子衍射圖譜中都沒有出現(xiàn)LFP的衍射峰，這表明所有的LFP采用在充電過程中都會參與反應(yīng)，脫掉Li元素。