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磷酸鐵鋰離子電池與鈦酸鋰離子電池相比哪一個(gè)好?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:994次  |  2021年07月27日  

1、鈦酸鋰離子電池


鈦酸鋰離子電池具有體積小、重量輕、能量密度高、密封性能好、無泄露、無記憶效應(yīng)、自放電率低、充放電迅速、循環(huán)壽命超長、工作環(huán)境溫度范圍寬、安全穩(wěn)定綠色環(huán)保等特點(diǎn),所以在通信電源范疇具有非常廣泛的使用前景。


鈦酸鋰作為負(fù)極材料時(shí)電位平臺(tái)高達(dá)1.55V,比傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料高出1V還多,雖然損失了一些能量密度,但也意味著電池更加安全。技術(shù)專家盧藍(lán)光曾表示,電池快速充電時(shí)對(duì)負(fù)極電壓需求比較低,但倘若過低,鋰離子電池就容易析出非?;顫姷慕饘黉?,這種鋰離子不僅導(dǎo)電,還能跟電解液起反應(yīng),然后釋放熱量,出現(xiàn)可燃?xì)怏w,引發(fā)火災(zāi)。而鈦酸鋰因?yàn)楦叱鰜淼?V電壓戒備了負(fù)極電壓為0的情況,也就間接戒備了鋰離子的析出,從而保證了電池的安全性。


由于鈦酸鋰離子電池在高溫、低溫環(huán)境中均可以達(dá)到安全使用,也體現(xiàn)出其耐寬溫(尤其耐低溫)的緊要優(yōu)點(diǎn)。目前,銀隆鈦酸鋰離子電池的安全工作溫度區(qū)域在-50度到65度之間,而一般石墨類負(fù)極電池在溫度低于-20度時(shí)能量就開始衰減,


-30度時(shí)充電容量僅為充電總?cè)萘康?4%,在嚴(yán)寒天氣下根本無法正常工作。此外,由于鈦酸鋰離子電池即便過度充電,也僅有1%的體積變化,被稱為零應(yīng)變材料,這使其有著極長的壽命。銀隆董事長魏銀倉曾表示,銀隆鈦酸鋰離子電池壽命可達(dá)30年,與汽車使用壽命相當(dāng),而一般石墨負(fù)極材料電池均勻壽命不過3-4年。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

從全壽命周期看,鈦酸鋰離子電池成本更低。


鈦酸鋰的最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是快速充放電能力強(qiáng),充電倍率高。目前銀隆鈦酸鋰離子電池的充電倍率有10C、甚至20C,而一般石墨負(fù)極材料的電池充電倍率僅有2C-4C?;阝佀徜囯x子電池的這些技術(shù)特點(diǎn),業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為其契合了新能源公交車、大型儲(chǔ)能裝備的需求。拿公交車來說,一般單趟里程不超過4公里,每次終點(diǎn)站進(jìn)站等待到下次發(fā)車時(shí)間間隔至少要幾分鐘時(shí)間。這時(shí)鈦酸鋰離子電池能量密度低的劣勢(shì)不會(huì)影響客車的使用,反而體現(xiàn)出電池快充的好處。作為公共交通工具,公交車對(duì)電池的安全性、耐用性都提出了更高要求。


鈦酸鋰離子電池存在問題以及不足之處:


雖然最佳的安全性能使得對(duì)鈦酸鋰離子電池的研究成為熱點(diǎn),但是Li,Ti,0。材料本身的較低的電子電導(dǎo)率(10-13S/cm)和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)(10-10~10-13cm2/S)極大地限制了在大倍率充放下的使用。有學(xué)者研究聲明,將Li4Ti5012的顆粒尺寸納米化以后可以張大有效的反應(yīng)面積和減小擴(kuò)散距離,從而顯著的提升材料的倍率性能。但是要指出的是,材料顆粒納米化的過程往往比較困難,要較高的成本,目前難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)加工。


鈦酸鋰離子電池在循環(huán)使用中會(huì)發(fā)生繼續(xù)產(chǎn)氣,導(dǎo)致電池組鼓脹,高溫時(shí)尤其嚴(yán)重,影響正負(fù)極的接觸,新增電池阻抗,影響電池性能的發(fā)揮。這也是限制負(fù)極材料鈦酸鋰廣泛使用到電池中的緊要障礙之一。

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標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

2、磷酸鐵鋰離子電池


磷酸鐵鋰離子電池


(1)磷酸鋰鐵電池的優(yōu)勢(shì)


1.LiFePO,電池的標(biāo)稱電壓是3.2V(穩(wěn)定的放電平臺(tái))、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V;。


2.比容量大,高效率輸出:標(biāo)準(zhǔn)放電為2~5C、繼續(xù)高電流放電可達(dá)10C,瞬間脈沖放電(10S)可達(dá)20C;


3.工作溫度范圍寬敞(-20℃+75℃),高溫時(shí)性能良好:外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃,電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃,電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全、完好;


4.即使電池內(nèi)部或外部受到傷害,電池不燃燒、不爆炸、安全性最好;


5.極好的循環(huán)壽命,在100%DOD條件下,可以充放電2000次以上;(原由:磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)定性好,鋰離子的嵌入和脫出對(duì)晶格的影響不大,故而具有良好的可逆性。存在的不足是電子離子傳到率差,不合適大電流的充放電,在使用方面受阻。處理辦法:在電極表面包覆導(dǎo)電材料、摻雜進(jìn)行電極改性。


6.過放電到零伏也無損壞,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%。


7.可快速充電,自放電少,無記憶效應(yīng):可大電流2C快速充放電,在專用充電器下,1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池洋溢,起動(dòng)電流可達(dá)2C;


8.高能量密度


其理論比容量為170mAh/g,產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過140mAh/g(0.2C,25℃);


9.安全性


是目前最安全的鋰離子電池正極材料;不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素;


10.無記憶效應(yīng)


11.充電性能


磷酸鐵鋰正極材料的鋰離子電池,可以使用大倍率充電,最快可在1小時(shí)內(nèi)將電池洋溢。


原料來源豐富、價(jià)廉,環(huán)境友好,不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素


12、熱穩(wěn)定性好


磷酸鐵鋰熱穩(wěn)定性很好,F(xiàn)ePO4在210~410C的溫度范圍內(nèi)放出的熱量僅為210j/g;


LiCoO2充電狀態(tài)(CoO2)開始分析出現(xiàn)氧氣的溫度為240℃,放出熱量約為1000j/g


13、循環(huán)性能好


由于LiFePO4與FePO4結(jié)構(gòu)相近,鋰離子脫出/嵌入后,LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生重排。


8.低成本;


9.對(duì)環(huán)境無污染。


(2)磷酸鐵鋰離子電池缺點(diǎn)


國內(nèi)今朝普遍選擇磷酸鐵鋰作為動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料,從政府、科研機(jī)構(gòu)、公司甚至是證券公司等市場(chǎng)分解員都看好這一材料,將其作為動(dòng)力型鋰離子電池的發(fā)展方向。分解其原由,緊要有下列兩點(diǎn):首先是受到美國研發(fā)方向的影響,美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國內(nèi)一直沒有制備出可供動(dòng)力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲(chǔ)存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷,歸結(jié)起來緊要有以下幾點(diǎn):


1、在磷酸鐵鋰制備時(shí)的燒結(jié)過程中,氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會(huì)引起電池的微短路,是電池中最忌諱的物質(zhì)。這也是日本一直不將該材料作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料的緊要原由。


2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低,導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差,即使將其納米化和碳包覆也沒有處理這一問題。美國阿貢國家試驗(yàn)室儲(chǔ)能系統(tǒng)中心主任DonHillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時(shí)候,他用terrible來形容,他們對(duì)磷酸鐵鋰型鋰離子電池探測(cè)結(jié)果聲明聲明磷酸鐵鋰離子電池在低溫下(0℃以下)無法使電動(dòng)汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯(cuò),但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在這種狀況下,設(shè)備根本就無法啟動(dòng)工作。


3、材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學(xué)性能,但是也帶來了其它問題,如能量密度的降低、合成成本的提高、電極出產(chǎn)性能不良以及對(duì)環(huán)境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵鋰中的化學(xué)元素Li、Fe與P很豐富,成本也較低,但是制備出的磷酸鐵鋰產(chǎn)品成本并不低,即使去掉前期的研發(fā)成本,該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本,會(huì)使得最終單位儲(chǔ)能電量的成本較高。


4、產(chǎn)品一致性差。目前國內(nèi)還沒有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠處理這一問題。從材料制備角度來說,磷酸鐵鋰的合成反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng),有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽,外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。在這一復(fù)雜的反應(yīng)過程中,很難保證反應(yīng)的一致性。


5、知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。目前磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專利被美國德州大學(xué)所有,而碳包覆專利被加拿大人所申請(qǐng)。這兩個(gè)基礎(chǔ)性專利是無法繞過去的,倘若成本中計(jì)算上專利使用費(fèi)的話,那產(chǎn)品成本將會(huì)進(jìn)一步提高。


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