En 2023, en raison de la croissance de la demande de deux secteurs en aval de l'industrie des véhicules à énergie nouvelle et des batteries au lithium de stockage d'énergie, la capacité de production de phosphate de fer et de lithium de la Chine : 1.18 million de tonnes en juin 2022, en juin 2023, elle était de 2.47 millions de tonnes, soit une croissance d'une année sur l'autre. de 110%.
L'offre ou la demande de batteries au lithium fer phosphate continue de changer sur le marché, la batterie lifepo4 gagne progressivement en popularité et en applications. Voyons donc ce qui fait Batteries LiFePO4 un choix extraordinaire pour une large gamme d’applications.
Introduction à la batterie LFP (LiFePO4)
La batterie lithium-fer-phosphate est également appelée batterie LiFePO4 ou LFP. On utilise généralement le matériau de l'électrode positive pour désigner la batterie, tandis que l'électrode négative est généralement utilisée pour fabriquer l'électrode négative en graphite. Par exemple, dans les batteries ternaires, le matériau d'électrode positive est le NCM ou le NCA. Les batteries lithium-cobalt-acide utilisent le lithium-cobalt-acide comme matériau d'électrode positive. De même, le lithium-fer-phosphate désigne l'électrode positive du lithium-fer-phosphate.
Ce tableau montre les spécifications d'une cellule de batterie LiFePO4.
| Spécification de la cellule | Batterie LiFePO4 |
| Tensions nominales (v/cellule) | 3.2V |
| Tension de fonctionnement (v/cellule) | 3.0-3.3V |
| Densité énergétique (WH/kg) | 175 Wh / kg |
| Plage de taux de charge C (C) | 0.5-1.5C 1C typique |
| Taux de décharge C (C) | 2-10C |
| Tension de décharge minimale | 2.5V |
| Tension de charge maximale | 3.65V |
| Durée de vie(1C) | ≥ 2000 (selon des situations réalistes) |
| Plage de température de travail | -50 ~ 60 ℃ |
| Température d'emballement thermique | ≥ 500 ℃ |
La batterie LiFePO4 est une structure olivine de LiFePO4 comme électrode positive de la batterie, qui est reliée à l'électrode positive de la batterie par une feuille d'aluminium. Le centre est un diaphragme en polymère, qui sépare l'électrode positive de l'électrode négative. Cependant, Li+ peut se déplacer librement mais l'électron e- ne peut pas se déplacer. L'électrode négative de la batterie est à droite, qui est constituée de carbone (graphite) et est relié à l'électrode négative de la batterie par une feuille de cuivre. L'électrolyte de la batterie est enfermé hermétiquement dans une coque métallique, fabriquée avec CNC précision, et situé entre les extrémités supérieure et inférieure.
Lorsque la batterie LiFePO4 est en charge, le lithium-ion Li+ de l'électrode positive migre vers l'électrode négative à travers le diaphragme polymère ; lors de la décharge, le lithium-ion Li+ migre de l'électrode négative vers l'électrode positive via le diaphragme. En général, la tension nominale de la batterie LiFePO4 est de 3.2 V, la tension de fin de charge est de 3.6 V et la tension de coupure est de 2.0 V.
La batterie LiFePO4 possède 2000 cycles de vie avec un taux de charge et de décharge de 1C. En outre, le test de perforation n'explose pas et la surcharge n'est pas facile à brûler et à exploser. Ses performances de sécurité et sa durée de vie présentent de plus grands avantages. Le matériau de la cathode LFP facilite la connexion des batteries au lithium haute capacité en parallèle et en série. Du point de vue du principe du matériau, le phosphate de fer et de lithium est également une sorte de processus d'incorporation et de désincorporation, ce principe est identique à LiCoO2 et LiMn2O4.
Quels sont les différents types de batteries LiFePO4 ?
Le type de batterie LiFePO4 selon l'emballage du noyau aura différentes manières d'expression, le noyau est principalement divisé en trois types : cylindrique, souple et carré.
Type de batterie cylindrique LiFePO4
Les modèles courants de batteries cylindriques A, AA, AAA, C, D, F, etc., et les modèles de batteries cylindriques LiFePO4 sont les plus courants. D'autre part, la spécification la plus largement utilisée est celle des modèles 18650, formes d'expression de batterie : ICR18650, 3.2 V, 2800 mAh. 18650 représente la taille externe de la batterie : 18 fait référence au diamètre de la batterie de 18.0 mm et 650 fait référence à la hauteur de la batterie de 65.0 mm. En raison des différences dans le niveau et le mode de processus de production des fabricants, la taille permet un certain écart, l'écart est de ± 0.02 mm.
Pochette souple type batterie LiFePO4
Les batteries Pouch LFP, sous la forme d'une gamme d'apparence plus large, peuvent être triangulaires, carrées, rondes, incurvées, etc. Par conséquent, le modèle de batterie LFP de poche sera complexe et divers fabricants ont des spécifications de modèle différentes, de sorte que ce type de batterie est principalement constitué de batteries cellulaires personnalisées. Mais sa tension nominale est également de 3.2 V, cela est dû aux caractéristiques matérielles de la batterie au lithium fer phosphate de la décision.
Type de batterie prismatique LiFePO4
Prismatique Batteries LiFePO4 sont principalement utilisés dans les batteries de véhicules à énergie nouvelle et les batteries de stockage d’énergie. Le modèle de batterie est exprimé en termes d'épaisseur, de largeur et de longueur, par exemple 60 Ah, 3.2 V, 30-135-220 mm, 70 Ah, 3.2 V et 30-135-222 mm. Ils représentent la même épaisseur de 30 mm et la même largeur de 135 mm, mais des longueurs différentes de 220 mm et 222 mm respectivement. Les modèles de batteries prismatiques LiFePO4 ont une tension nominale de 3.2 V, sauf que la taille et la capacité peuvent être différentes.
Chaque type de batterie LiFePO4 a ses avantages et ses considérations. Les batteries cylindriques sont appréciées pour leur polyvalence et leur disponibilité, les batteries prismatiques offrent une densité énergétique plus élevée et les batteries de poche offrent une flexibilité de conception. Le choix du type de batterie dépend de l'application spécifique, des restrictions de taille et des besoins en énergie.
Quels sont les avantages et les inconvénients des batteries LiFePO4 ?
Les principaux avantages des batteries au lithium fer phosphate (LiFePO4) sont les suivants :
Haute performance de sécurité
La liaison PO de la structure cristalline du LiFePO4 est stable et difficile à décomposer. Même à haute température ou en cas de surcharge, elle ne subit pas d'effondrement structurel et ne génère pas de substances hautement oxydantes comme les batteries lithium-oxyde de cobalt. Le LiFePO4 a une température de décomposition d'environ 600 °C, ce qui contribue à ses excellentes performances en matière de sécurité.
Longue durée de vie
Les batteries au plomb ont généralement une durée de vie d'environ 300 cycles, avec un maximum d'environ 500 cycles. En revanche, les batteries LiFePO4 peuvent atteindre une durée de vie de plus de 2000 0.2 cycles en utilisant une charge standard (5 C, 4 heures). Dans les mêmes conditions, les batteries LiFePO7 ont une durée de vie théorique de 8 à 1 ans, tandis que les batteries au plomb du même poids ne durent généralement pas plus de 1.5 à 4 an. Tous facteurs confondus, le rapport performances/prix des batteries LiFePOXNUMX est théoriquement plus de quatre fois supérieur à celui des batteries au plomb.
Résistance à haute température
Les batteries LiFePO4 ont une large plage de températures de fonctionnement (-20°C à +75°C) et présentent une excellente résistance aux hautes températures. Le pic thermique des batteries LiFePO4 peut atteindre 350°C à 500°C, tandis que les batteries LiMn2O4 et LiCoO2 n'atteignent qu'environ 200°C.
Capacité de production stable
Les batteries LiFePO4 ont une plus grande capacité par rapport aux batteries ordinaires telles que les batteries au plomb. La densité énergétique des batteries au plomb est d'environ 40 Wh/kg, tandis que les batteries LiFePO4 courantes sur le marché atteignent des densités énergétiques de 90 Wh/kg ou plus.
Pas d'effet de mémoire
Les batteries LiFePO4, comme la plupart des batteries lithium-ion, n'ont pas d'effet mémoire. Ils peuvent être rechargés et utilisés dans n’importe quel état de charge sans avoir besoin d’être complètement déchargés au préalable. Les batteries rechargeables subissent souvent une diminution de leur capacité si elles sont fréquemment utilisées sans être complètement déchargées, ce que l'on appelle l'effet mémoire.
Légèreté
Les batteries LiFePO4 de même capacité ont un volume qui représente les deux tiers des batteries au plomb et un poids qui est un tiers des batteries au plomb. Cependant, leur densité énergétique est plusieurs fois supérieure à celle des batteries au plomb.
Respectueux de l'environnement
Les batteries LiFePO4 sont généralement considérées comme exemptes de métaux lourds et de métaux rares, non toxiques (certifiées SGS), non polluantes et conformes à la réglementation européenne RoHS. Elles sont considérées comme des batteries vertes et respectueuses de l’environnement. Le respect de l’environnement des batteries au lithium est l’une des principales raisons pour lesquelles elles sont privilégiées par l’industrie.
Inconvénients des batteries LiFePO4
Menace du fer élémentaire: Au cours du processus de frittage lors de la préparation du LiFePO4, il existe une possibilité que l'oxyde de fer soit réduit en fer élémentaire dans des atmosphères réductrices à haute température. Le fer élémentaire peut provoquer des micro-courts-circuits dans les batteries et constitue la substance la plus indésirable dans les systèmes de batteries. C’est également la principale raison pour laquelle le Japon n’a pas adopté ce matériau comme matériau cathodique principal pour les batteries lithium-ion de type puissance.
Lacunes de performances : LiFePO4 présente certains défauts de performances, tels qu'une très faible densité après tassement et une densité compactée, ce qui entraîne une faible densité énergétique de la batterie. Il présente également de mauvaises performances à basse température, même avec un nanodimensionnement et un revêtement en carbone, ce problème reste non résolu. Les résultats des tests des batteries LiFePO4 indiquent qu'elles sont incapables d'alimenter des véhicules électriques à des températures inférieures à 0°C. Bien que certains fabricants affirment que les batteries LiFePO4 ont une bonne rétention de capacité à basse température, cela n'est vrai que dans des conditions de faible courant de décharge et de très faible tension de coupure de décharge. Dans de telles situations, les appareils ne peuvent même pas commencer à fonctionner.
Mauvaise consistance : Qu'il s'agisse de la préparation des matériaux ou de la fabrication. Il est difficile de garantir la cohérence du produit et la plate-forme de tension du phosphate de fer et de lithium est plus étroite, ce qui augmente la difficulté d'observabilité de la batterie.
Quelles sont les applications des batteries LiFePO4 ?
Les batteries LiFePO4 sont devenues le choix le plus populaire pour les systèmes de stockage d'énergie (ESS) dans l'industrie solaire et renouvelable. Ils sont connus pour être sûrs, efficaces et avoir une très longue durée de vie. Différentes batteries avec des tensions de 12 V, 24 V et 48 V sont couramment utilisées pour remplacer les batteries au plomb traditionnelles.
Pour les petits systèmes solaires, le CM Batteries La batterie LiFePO4 est recommandée, comme les options 12 V/24 V 200 Ah ou supérieures 48 V 300 Ah. Le CM Batteries Batterie 12.8V est un bon exemple car le boîtier est de la même taille que la batterie au plomb d'origine qui peut être directement remplacée et mise à niveau.
Les batteries modulaires LiFePO4 sont couramment utilisées dans diverses applications, notamment les véhicules électriques, le stockage d'énergie renouvelable, les alimentations sans interruption (UPS) et les appareils électroniques portables. Les batteries modulaires au lithium fer phosphate sont des batteries série-parallèle qui sont également plus stables grâce à un BMS amélioré.
Pour les systèmes solaires résidentiels, le type de batterie LiFePO4 « mur d'alimentation » est populaire en raison de son attrait esthétique et de sa capacité à s'intégrer dans la décoration intérieure.
Dans les zones où les pannes de courant sont fréquentes, les batteries LiFePO4 constituent un meilleur choix pour les systèmes UPS car elles offrent une durée de vie plus longue que les batteries au plomb. Cependant, dans les zones où les pannes de courant sont rares, les batteries au plomb peuvent être plus rentables.
Pour les voiturettes de golf, les véhicules à basse vitesse, les véhicules électriques, les systèmes de vidéosurveillance et de sécurité, caméras solairesPour les camping-cars, les camping-cars, les caravanes, les bateaux et les applications marines, les batteries LiFePO4 sont préférées en raison de leur poids plus léger, de leurs performances supérieures et de leur durée de vie plus longue.
Dans l’ensemble, les batteries LiFePO4 sont de plus en plus utilisées dans diverses industries et applications en raison de leurs nombreux avantages et avancées technologiques.
Comment charger une batterie LiFePO4 ?
Charger correctement une batterie LiFePO4 est similaire à charger une batterie au plomb. Le processus de charge peut être divisé en trois étapes : charge à courant constant (CC), charge à tension constante (CV) et charge de maintien.
Étape à courant constant (CC)
Pendant l'étape de charge à courant constant (CC), un courant de charge constant est appliqué, provoquant une augmentation continue de la tension jusqu'à ce qu'elle atteigne la tension maximale, par exemple 14.6 V.
Étage à tension constante (CV)
Dans l'étape de charge à tension constante (CV), la tension est maintenue constante tandis que le courant de charge diminue lentement jusqu'en dessous de 0.05 C.
Charge d'entretien (charge flottante)
La charge d’entretien, également connue sous le nom de charge flottante, n’est pas nécessaire pour les batteries LiFePO4. Contrairement aux batteries au plomb, les batteries LiFePO4 n'ont pas besoin d'être chargées à 100 % pour éviter la sulfatation. La surcharge d'une batterie LiFePO4 peut entraîner une accumulation de trop d'ions lithium, provoquant une fuite d'électrons. Le cycle de charge/décharge recommandé pour les batteries LiFePO4 est de 10 % à 90 %.
Paramètres de charge recommandés
La tension de charge des batteries LiFePO4 doit être comprise entre 14.0 V et 14.6 V à 25 ℃, soit 3.50 V à 3.65 V par cellule. La meilleure tension de charge est de 14.4 V ou 3.60 V par cellule. Une charge au-delà de 3.65 V par cellule peut réduire légèrement la capacité mais augmenter le nombre de cycles. Si la tension de la batterie dépasse la plage recommandée, la charge doit être immédiatement arrêtée. Les batteries LiFePO4 ne nécessitent pas de charge flottante. Si le chargeur dispose d'un réglage de tension flottante, il est recommandé de le régler à 13.6 V pour éviter tout effet de charge sur la batterie.
Les batteries LiFePO4 se chargent à des températures allant de 0°C à 55°C. Une charge en dessous de 0°C peut cristalliser les ions lithium et réduire la capacité effective. Cependant, certaines batteries LiFePO4 basse température disposent de mécanismes d'auto-guérison intégrés qui permettent de charger à des températures autour de -10°C. Le système de gestion de la batterie (BMS) contrôle dans ces cas le chauffage interne de la batterie.
Avant connecter des batteries LiFePO4 en série, il est important de charger complètement toutes les batteries pour garantir une grande cohérence. Cela permet d’éviter qu’une batterie atteigne des niveaux de tension élevés ou faibles avant les autres, ce qui peut entraîner des déséquilibres énergétiques. Vérifier régulièrement la tension de la batterie et maintenir la différence de tension à moins de 50 peut prolonger la durée de vie de la batterie. Des équilibreurs de batterie peuvent également être envisagés si la différence de tension est importante.
Un BMS Li-ion peut-il être utilisé pour une batterie LiFePO4 ?
La réponse est un « NON » catégorique. Un système de gestion de batterie Li-ion (BMS) ne peut pas être utilisé directement avec une batterie LiFePO4 (lithium fer phosphate). Les batteries LiFePO4 diffèrent par leurs propriétés et leurs besoins de charge des autres types de batteries lithium-ion, telles que l'oxyde de lithium-cobalt (LiCoO2) et l'oxyde de lithium-manganèse (LiMn2O4).
Batteries LiFePO4 ont une plage de tension et des caractéristiques de charge/décharge différentes par rapport aux autres produits chimiques lithium-ion. Elles ont généralement une plate-forme à tension inférieure (environ 3.2 à 3.3 V par cellule) par rapport aux plates-formes à tension plus élevée (environ 3.6 à 3.7 V par cellule) des batteries Li-ion. De plus, les batteries LiFePO4 ont une chimie plus stable, un risque moindre d'emballement thermique et une durée de vie plus longue.
Pour un fonctionnement sûr et optimal de la batterie LiFePO4, utilisez toujours un BMS dédié conçu spécifiquement pour la chimie LiFePO4.
Les principales exigences du BMS comprennent :
- Maintenir l'équilibre cellulaire
- Programmation des seuils de tension pour correspondre aux spécifications LiFePO4
- Étalonnage des taux de charge/décharge pour la sécurité de la batterie
- Surveillance de la température en temps réel
L'utilisation d'un BMS Li-ion conçu pour d'autres produits chimiques lithium-ion avec une batterie LiFePO4 peut entraîner une surveillance inexacte, une charge inappropriée et des risques potentiels pour la sécurité. Par conséquent, il est important d’utiliser un BMS de conception spécifique pour les batteries LiFePO4 afin de garantir des performances, une sécurité et une longévité optimales de la batterie.
Comparaison des batteries LiFePO4 avec d'autres batteries lithium-ion
Les batteries lithium-ion rechargeables sont de différents types, à savoir Li-Po (Lithium Polymère), Li-ion (Lithium-Ion), et LiFePO4 (phosphate de fer lithium), et chacun a son propre ensemble de distinctions. Comme le montre le tableau ci-dessous :
| Fonctionnalité | Li-Po | Li-ion | LiFePO4 |
| Ingrédients | Électrolyte polymère | Électrolyte liquide | Cathode au lithium fer phosphate |
| Densité d'énergie | Le plus élevé | Moyenne | Le plus bas |
| Sécurité | Moins sûr | Modérément sûr | Plus sûr |
| Cycle de vie | Modérée | Moyenne | Le plus élevé |
| Prix | Le plus bas | Moyenne | Le plus élevé |
| utilisations courantes | Drones, véhicules RC | Ordinateurs portables, smartphones, outils électriques | Véhicules électriques, stockage des énergies renouvelables |
Les batteries LiFePO4 offrent la chimie lithium-ion la plus sûre et la plus durable, bien que leur densité énergétique plus faible et leur coût plus élevé limitent certaines applications.
Les batteries LiFePO4 révolutionnent l'industrie des batteries grâce à leur sécurité exceptionnelle, leur longue durée de vie et leurs performances fiables. Leur adaptabilité les rend adaptées à une large gamme d'applications. Pour comprendre les caractéristiques uniques, les exigences de charge et les avantages des batteries LiFePO4, communiquez pour plus de détails.
