I 2023, på grunn av de nye energikjøretøyene og energilagringslitiumbatteriene, to nedstrøms industribehovsvekst, Kinas produksjonskapasitet for litiumjernfosfat: 1.18 millioner tonn i juni 2022, i juni 2023 var det 2.47 millioner tonn, en år-til-år-vekst på 110 %.
Tilbudet eller etterspørselen av litiumjernfosfatbatterier fortsetter å endre seg i markedet, lifepo4-batteriet får gradvis utbredt fokus og bruksområder. Så la oss fordype oss i hva som gjør LiFePO4-batterier et ekstraordinært valg for et bredt spekter av bruksområder.
Introduksjon til LFP(LiFePO4)-batteri
Litiumjernfosfatbatteri kalles også LiFePO4- eller LFP-batteri. Vi bruker vanligvis positivt elektrodemateriale for å gi batteriet navn, negativ elektrode brukes vanligvis til å lage negativ elektrodegrafitt, for eksempel ternære batterier, som refererer til positivt elektrodemateriale som brukes som NCM eller NCA, litiumkobolt-koboltsyrebatterier, som brukes som positivt elektrodemateriale, litiumkoboltsyre, og litiumjernfosfat refererer på samme måte til den positive elektroden som brukes til litiumjernfosfatmateriale.
Denne tabellen viser spesifikasjonene til en LiFePO4-battericelle.
| Cellespesifikasjon | LiFePO4 batteri |
| Nominelle spenninger (v/celle) | 3.2V |
| Arbeidsspenning (v/celle) | 3.0-3.3V |
| Energitetthet (WH/kg) | 175 Wh / kg |
| Charge C-rate range (C) | 0.5-1.5C 1C typisk |
| Utladning C-rate (C) | 2-10C |
| Minimum utladningsspenning | 2.5V |
| Maksimal ladespenning | 3.65V |
| Syklusliv (1C) | ≥ 2000 (i henhold til realistiske situasjoner) |
| Arbeidstemperaturområde | -50 ~ 60 ℃ |
| Termisk løpende temperatur | ≥ 500 ℃ |
LiFePO4-batteriet er en olivinstruktur av LiFePO4 som den positive elektroden til batteriet, som er koblet til den positive elektroden på batteriet med en aluminiumsfolie. Senteret er en polymermembran, som skiller den positive elektroden fra den negative elektroden. Imidlertid kan Li+ bevege seg fritt, men elektronet e- kan ikke bevege seg. Den negative elektroden til batteriet er til høyre, som består av karbon (grafitt) og er koblet til batteriets negative elektrode med en kobberfolie. Batteriets elektrolytt er hermetisk lukket av et metallskall, produsert med CNC presisjon, og plassert mellom øvre og nedre ende.
Når LiFePO4-batteriet lades, migrerer litium-ion Li+ i den positive elektroden til den negative elektroden gjennom polymermembranen; under utladning migrerer litium-ion Li+ fra den negative elektroden til den positive elektroden via diafragmaen. Generelt er den nominelle spenningen til LiFePO4-batteriet 3.2V, termineringsladespenningen er 3.6V, og avskjæringsspenningen er 2.0V.
LiFePO4-batteriet eier 2000 livssykluser med 1C lade- og utladningshastighet. Dessuten eksploderer ikke punkteringstesten og overladingen er ikke lett å brenne og eksplodere. Dens sikkerhetsytelse og sykluslevetid har større fordeler. LFP-katodemateriale gjør litiumbatterier med høy kapasitet lettere å koble til i parallell og serie. Fra materialets prinsipp er litiumjernfosfat også en slags innstøpings-, de-embedding-prosess, dette prinsippet er identisk med LiCoO2 og LiMn2O4.
Hva er de forskjellige typene LiFePO4-batterier?
LiFePO4 batteritype i henhold til kjerneemballasjen vil ha forskjellige uttrykksmåter, kjernen er hovedsakelig delt inn i tre typer: sylindrisk, myk pakke og firkantet.
Sylindrisk LiFePO4 batteritype
Vanlige sylindriske batterimodeller A, AA, AAA, C, D, F, etc., og sylindriske LiFePO4-batterimodeller er de vanligste. På den annen side er den mest brukte spesifikasjonen 18650-modeller, former for batteriuttrykk: ICR18650, 3.2V, 2800mAh. 18650 representerer den eksterne størrelsen på batteriet: 18 refererer til batteridiameteren på 18.0 mm, og 650 refererer til batterihøyden på 65.0 mm. På grunn av forskjellene i nivået og modusen til produksjonsprosessen til produsenter, lar størrelsen et visst gap eksistere, gapet er ± 0.02 mm.
Veske Myk LiPO4 batteritype
Pouch LFP-batterier, i form av et bredere spekter av utseende, kan være trekantede, firkantede, runde, buede og så videre. Derfor vil pose LFP-batterimodellen være kompleks og mangfoldig, forskjellige produsenter har forskjellige modellspesifikasjoner, så denne typen batteri er for det meste tilpassede cellebatterier. Men dens nominelle spenning er også 3.2V, dette skyldes litiumjernfosfatbatterimaterialets egenskaper ved avgjørelsen.
Prismatisk LiFePO4 batteritype
Matic LiFePO4-batterier brukes mest i nye energibilbatterier og energilagringsbatteripakker. Modellen til batteriet uttrykkes i form av tykkelse, bredde og lengde, for eksempel 60Ah, 3.2V, 30-135-220 mm, 70Ah, 3.2V og 30-135-222 mm. De representerer samme tykkelse på 30 mm og bredde på 135 mm, men forskjellige lengder på henholdsvis 220 mm og 222 mm. Prismatic LiFePO4 batterimodeller har en nominell spenning på 3.2V, bortsett fra at størrelsen og kapasiteten kan være forskjellig.
Hver type LiFePO4-batteri har sine fordeler og hensyn. Sylindriske batterier er populære for sin allsidighet og tilgjengelighet, prismatiske batterier gir høyere energitetthet, og posebatterier gir fleksibilitet i design. Valget av batteritype avhenger av den spesifikke applikasjonen, størrelsesbegrensninger og strømkrav.
Hva er fordelene og ulempene med LiFePO4-batterier?
De viktigste fordelene med litiumjernfosfat (LiFePO4) batterier er som følger:
Høy sikkerhetsytelse
PO-bindingen i LiFePO4-krystallstrukturen er stabil og vanskelig å dekomponere. Selv under høye temperaturer eller overladingsforhold, kollapser den ikke strukturelt eller genererer sterkt oksiderende stoffer som litiumkoboltoksidbatterier. LiFePO4 har en dekomponeringstemperatur på omtrent 600 °C, noe som bidrar til dens utmerkede sikkerhetsytelse.
lang levetid
Bly-syrebatterier har vanligvis en sykluslevetid på rundt 300 sykluser, med maksimalt ca. 500 sykluser. Derimot kan LiFePO4-batterier oppnå en sykluslevetid på over 2000 sykluser ved bruk av standardlading (0.2C, 5 timer). Under de samme forholdene har LiFePO4-batterier en teoretisk levetid på 7 til 8 år, mens bly-syrebatterier med samme vekt vanligvis ikke varer mer enn 1 til 1.5 år. Tatt i betraktning alle faktorer, er ytelse-til-pris-forholdet til LiFePO4-batterier teoretisk mer enn fire ganger det for bly-syre-batterier.
Motstand mot høy temperatur
LiFePO4-batterier har et bredt driftstemperaturområde (-20°C til +75°C) og har utmerket motstand mot høye temperaturer. Den termiske toppen til LiFePO4-batterier kan nå 350°C til 500°C, mens LiMn2O4-batterier og LiCoO2-batterier bare når rundt 200°C.
stor kapasitet
LiFePO4-batterier har større kapasitet sammenlignet med vanlige batterier som bly-syre. Energitettheten til blysyrebatterier er omtrent 40 Wh/kg, mens vanlige LiFePO4-batterier på markedet oppnår energitettheter på 90 Wh/kg eller høyere.
Ingen minneeffekt
LiFePO4-batterier, som de fleste litium-ion-batterier, har ikke minneeffekter. De kan lades opp og brukes i alle ladetilstander uten å måtte lades helt ut først. Oppladbare batterier opplever ofte en reduksjon i kapasitet hvis de brukes ofte uten å være helt utladet, kjent som minneeffekten.
Lett
LiFePO4-batterier med samme kapasitet har et volum som er to tredjedeler av bly-syre-batterier og en vekt som er en tredjedel av bly-syre-batterier. Imidlertid er deres energitetthet flere ganger høyere enn for bly-syre-batterier.
Miljøvennlig
LiFePO4-batterier anses generelt for å være fri for tungmetaller og sjeldne metaller, ikke-giftige (SGS-sertifisert), ikke-forurensende og i samsvar med de europeiske RoHS-forskriftene. De regnes som grønne og miljøvennlige batterier. Miljøvennligheten til litiumbatterier er en av hovedårsakene til at de er foretrukket av industrien.
Ulemper med LiFePO4-batterier
Trussel om elementært jern: Under sintringsprosessen ved fremstilling av LiFePO4 er det en mulighet for at jernoksid reduseres til elementært jern under høytemperaturreduserende atmosfærer. Elementært jern kan forårsake mikrokortslutning i batterier og er det mest uønskede stoffet i batterisystemer. Dette er også hovedgrunnen til at Japan ikke har tatt i bruk dette materialet som det primære katodematerialet for litiumionbatterier av krafttype.
Ytelsesmangler: LiFePO4 har noen ytelsesmangler, for eksempel svært lav trykktetthet og komprimert tetthet, noe som resulterer i lav energitetthet på batteriet. Den har også dårlig ytelse ved lave temperaturer, selv med nanosizing og karbonbelegg forblir dette problemet uløst. Testresultater av LiFePO4-batterier indikerer at de ikke er i stand til å drive elektriske kjøretøy ved temperaturer under 0°C. Selv om noen produsenter hevder at LiFePO4-batterier har god kapasitetsbevaring ved lave temperaturer, er dette bare sant under forhold med lav utladningsstrøm og svært lav utladningssperrespenning. I slike situasjoner kan ikke enhetene en gang begynne å fungere.
Dårlig konsistens: Enten fra materialbearbeiding eller produksjon. Det er vanskelig å sikre produktkonsistens, og spenningsplattformen til litiumjernfosfat er smalere, noe som øker vanskeligheten med å observere batteriet.
Hva er bruksområdene til LiFePO4-batterier?
LiFePO4-batterier har blitt det mest populære valget for energilagringssystemer (ESS) i solenergi- og fornybarindustrien. De er kjent for å være trygge, effektive og ha en super lang levetid. Ulike batteripakker med spenninger på 12V, 24V og 48V brukes ofte som erstatninger for tradisjonelle blybatterier.
For små solsystemer, CM Batteries LiFePO4-batteri anbefales, for eksempel 12V/24V 200Ah eller høyere 48V300Ah-alternativer. De CM Batteries 12.8V-batteri er et godt eksempel fordi dekselet har samme størrelse som det originale blybatteriet som kan byttes ut og oppgraderes direkte.
Modulære LiFePO4-batterier brukes ofte i ulike applikasjoner, inkludert elektriske kjøretøy, fornybar energilagring, avbruddsfri strømforsyning (UPS) og bærbare elektroniske enheter. Modulære litiumjernfosfatbatterier er serieparallelle batteripakker som også er mer stabile på grunn av en forbedret BMS.
For solcellesystemer i boliger er LiFePO4-batteriet "kraftvegg" populært på grunn av dets estetiske appell og evne til å passe inn i interiørdekorasjonen.
I områder der strømbrudd er hyppige, er LiFePO4-batterier et bedre valg for UPS-systemer, siden de tilbyr en lengre sykluslevetid sammenlignet med bly-syre-batterier. I områder med sjeldne strømbrudd kan imidlertid blybatterier være mer kostnadseffektive.
For golfbiler, lavhastighetskjøretøy, elektriske kjøretøy, CCTV og sikkerhetssystemer, solkameraer, bobiler, campingvogner, båter og marine applikasjoner, er LiFePO4-batterier foretrukket på grunn av deres lettere vekt, høyere ytelse og lengre levetid.
Totalt sett blir LiFePO4-batterier i økende grad brukt i ulike bransjer og applikasjoner på grunn av deres mange fordeler og fremskritt innen teknologi.
Hvordan lader jeg en LiFePO4-batteripakke?
Å lade et LiFePO4-batteri riktig ligner på å lade et blybatteri. Ladeprosessen kan deles inn i tre stadier: konstant strøm (CC) ladning, konstant spenning (CV) ladning og vedlikeholdslading.
Konstant strøm (CC) trinn
Under konstant strøm (CC) ladestadiet påføres en konstant ladestrøm, noe som får spenningen til å øke kontinuerlig til den når maksimal spenning, for eksempel 14.6V.
Konstant spenning (CV) trinn
I Constant Voltage (CV) Charge-stadiet holdes spenningen konstant mens ladestrømmen sakte synker til under 0.05C.
Vedlikeholdslading (flytlading)
Trickle Charge, også kjent som flyteladningen, er ikke nødvendig for LiFePO4-batterier. I motsetning til bly-syre-batterier, trenger ikke LiFePO4-batterier å lades til 100 % for å unngå sulfatering. Overlading av et LiFePO4-batteri kan føre til akkumulering av for mange litiumioner, noe som forårsaker elektronflukt. Den anbefalte lade-/utladingssyklusen for LiFePO4-batterier er 10 % til 90 %.
Anbefalte ladeparametere
Ladespenningen for LiFePO4-batterier bør være mellom 14.0V og 14.6V ved 25℃, eller 3.50V til 3.65V per celle. Den beste ladespenningen er 14.4V eller 3.60V per celle. Lading over 3.65V per celle kan redusere kapasiteten noe, men øke antall sykluser. Hvis batterispenningen overskrider det anbefalte området, bør ladingen stoppes umiddelbart. LiFePO4-batterier krever ikke flytelading. Hvis laderen har en flytspenningsinnstilling, anbefales det å sette den på 13.6V for å unngå ladeeffekt på batteriet.
LiFePO4-batterier lades ved temperaturer fra 0°C til 55°C. Lading under 0°C kan krystallisere litiumionene og redusere den effektive kapasiteten. Noen lavtemperatur-LiFePO4-batterier har imidlertid innebygde selvhelbredende mekanismer som tillater lading ved temperaturer rundt -10°C. Batteristyringssystemet (BMS) styrer den interne oppvarmingen av batteriet i disse tilfellene.
Før kobler LiFePO4-batterier i en serie, er det viktig å fullade alle batterier for å sikre høy konsistens. Dette bidrar til å forhindre at ett batteri når høye eller lave spenningsnivåer før de andre, noe som kan føre til energiubalanser. Regelmessig kontroll av batterispenningen og å holde spenningsforskjellen innenfor 50 kan forlenge batteriets levetid. Batteribalansere kan også vurderes dersom spenningsforskjellen er stor.
Kan Li-ion BMS brukes til et LiFePO4-batteri?
Svaret er et klart "NEI". Et Li-ion Battery Management System (BMS) kan ikke brukes direkte med et LiFePO4-batteri (litiumjernfosfat). LiFePO4-batterier skiller seg i egenskaper og ladebehov fra andre typer litium-ion-batterier, som litiumkoboltoksid (LiCoO2) og litiummanganoksid (LiMn2O4).
LiFePO4-batterier har et annet spenningsområde og lade-/utladningsegenskaper sammenlignet med andre litium-ion-kjemier. De har vanligvis en lavere spenningsplattform (rundt 3.2-3.3V per celle) sammenlignet med høyere spenningsplattformer (rundt 3.6-3.7V per celle) av Li-ion-batterier. I tillegg har LiFePO4-batterier en mer stabil kjemi, lavere risiko for termisk løping og lengre levetid.
For sikker og optimal drift av LiFePO4-batterier, bruk alltid en dedikert BMS som er spesielt utviklet for LiFePO4-kjemi.
Viktige BMS-krav inkluderer:
- Opprettholde cellebalansen
- Programmering av spenningsterskler for å samsvare med LiFePO4-spesifikasjonene
- Kalibrering av lade-/utladningshastigheter for batterisikkerhet
- Overvåking av temperatur i sanntid
Bruk av en Li-ion BMS designet for andre litium-ion-kjemier med et LiFePO4-batteri kan føre til unøyaktig overvåking, feil lading og potensielle sikkerhetsrisikoer. Derfor er det viktig å bruke en spesifikk design-BMS for LiFePO4-batterier for å sikre optimal ytelse, sikkerhet og levetid for batteriet.
Sammenligning av LiFePO4-batterier med andre litium-ion-batterier
Oppladbare litium-ion-batterier finnes i forskjellige typer, nemlig Li-Po (litiumpolymer), Li-ion (litiumion), og LiFePO4 (litiumjernfosfat), og hver har sitt eget sett med distinksjoner. Som vist i tabellen nedenfor:
| Trekk | Li-Po | Li-ion | LiFePO4 |
| Kjemi | Polymer elektrolytt | Flytende elektrolytt | Litium jernfosfat katode |
| Energi tetthet | Høyeste | Medium | Laveste |
| Sikkerhet | Mindre trygt | Middels trygt | sikreste |
| livssyklus | Moderat | Medium | Høyeste |
| Kostnad | Laveste | Medium | Høyeste |
| Vanlige bruksområder | Droner, RC kjøretøy | Bærbare datamaskiner, smarttelefoner, elektroverktøy | Elektriske kjøretøy, fornybar energilagring |
LiFePO4-batterier tilbyr den sikreste og mest holdbare litiumion-kjemien, selv om deres lavere energitetthet og høyere kostnad begrenser noen bruksområder.
LiFePO4-batterier revolusjonerer batteriindustrien med sin eksepsjonelle sikkerhet, lange levetid og pålitelige ytelse. Deres tilpasningsevne gjør dem passende for et bredt spekter av bruksområder. For å forstå de unike egenskapene, ladekravene og fordelene med LiFePO4-batterier, kontakt oss for mer informasjon.
