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电池进化:磷酸铁锂为什么能替代标准锂离子?

导读: 使用磷酸铁锂替代标准的锂离子(金属氧化物阴极材料)缺点与优点都分为明显,怎样为应用做出最佳的选择呢?这一切都归结到你想要达到何种性能,安全性和花多少成本。

   当我们为电子设备设计配套电池的时候,是需要考虑到很多因素的,尤其是在某些会影响到操作人员生命安全的装备装置。设计者在电池化学成分、尺寸、功耗、成本和安全性方面有诸多考量,我们的首要目标是考虑使用者的需求,基于这些选择在可以接受的成本范围内,并可保证电池性能需求这才是一个合格的生产制造过 程。

  传统的锂离子电池是由过度金属氧化物作为正极材料,如锂-钴氧化物或者锂镍钴铝氧化物。磷酸铁锂(LiFePO4)电池是采用磷酸铁锂材料作为正极对可充电锂离子电池进行充电。这种低成本的矿物质通过自然的化学反应却提供了优良的热稳定性能,充电时间快,循环寿命长,但因为它的工作电压低于标准的锂离子元素,因此有一些能量损耗。首次将磷酸铁锂材料用于锂离子电池制作是在1997年古德罗博士发明的,并已申请其专利。磷酸铁锂被研究用于各种应用领域,包括电网稳定、电动工具、混合动力电动汽车、激光、海军作战飞机及直升机。使用磷酸铁锂替代标准的锂离子(金属氧化物阴极材料)缺点与优点都分为明显,怎样为应用做出最佳的选择呢?这一切都归结到你想要达到何种性能,安全性和花多少成本。

  像对其他任何事情权衡利弊一样,当和传统的锂离子金属氧化物对比时磷酸铁化学性有着它独特的优势,比如相对体积下重量更轻能量更足,在高温环境下化学性能稳定,存储安全(比铅酸、镍镉或镍氢效果更好),但在低温下表现较差。有趣的是,磷酸铁的平坦的电压性能曲线在设计师看来既是它的优势,又是它的劣势。正面来讲,电芯提供稳定的能源传输功率,超过80%的国家主管(SOC)和完全充放电对其性能影响是微乎其微的。如果在一个电压低的环境,这种能量可以呗最 大化有效的利用,但是由于电池电压的SOC指标在锂离子金属氧化物有能量剩余,如果设置可控的磷酸铁锂电池,这电路无疑会复杂很多。

  尽管磷酸铁技术有一些明显的缺点科学家扔对它报以希望进行研究和开发,以攻克或者避免这些缺陷,因此一些电池制造企业已经开发出争对磷酸铁锂技术的能量重放标准,提高其利用效率。例如,超磷酸盐是Saft公司正在申请的专利,是基于磷酸铁化学物质的安全性,功率及容量。磷酸铁盐电芯含有saft公 司标准锂离子化学使用锂镍钴铝氧化物的电芯相同,所以绝大多数应用而言,超级-磷酸盐是可与传统锂离子或锂-磷酸铁体系相互转换的。

  超级-磷酸铁盐技术与标准的磷酸铁锂电池相比,具有可靠的安全性,循环寿命长,更长的使用寿命、更广的工作温度范围,包括优越的低温环境性能。此外,该电芯具有抵抗滥用的较高性能并能安全稳定的进行浮动电压条件下的回流充电。

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