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關于磷酸鐵股票配资世界工作原理以及八大优勢

来源:寶鄂實业    2019-03-19 15:22    點擊量:
磷酸鐵股票配资世界,是指用磷酸鐵锂作为正極材料的锂離子電池。锂離子電池的正極材料主要有钴酸锂、錳酸锂、鎳酸锂、三元材料、磷酸鐵锂等。
 
 
 
锂離子電池的正極为磷酸鐵锂材料,其安全性能與循環壽命有較大优勢,这些也正是动力電池最重要的技術指标之一。1C充放循環壽命可做到2000次,穿刺不爆炸,過充時不容易燃燒和爆炸。磷酸鐵锂正極材料做出大容量锂離子電池更易并串聯使用。
 
 
 
磷酸鐵股票配资世界,是指用磷酸鐵锂作为正極材料的锂離子電池。锂離子電池的正極材料主要有钴酸锂、錳酸锂、鎳酸锂、三元材料、磷酸鐵锂等。其中钴酸锂是目前絕大多數锂離子電池使用的正極材料。從材料的原理上講,磷酸鐵锂也是一種嵌入、脫嵌過程,这一原理與钴酸锂,錳酸锂完全相同。
 
1介紹
 
磷酸鐵股票配资世界屬于锂離子二次電池,一個主要用途是用于动力電池,相對NI-MH、Ni-Cd電池有很大优勢。
 
磷酸鐵股票配资世界充放電效率較高,倍率放電情況下充放電效率可达90%以上,而鉛酸電池約为80%。
 
2八大优勢
 
安全性能的改善
 
磷酸鐵锂晶體中的P-O鍵穩固,難以分解,即便在高溫或過充時也不會像钴酸锂一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質,因此擁有良好的安全性。有報告指出,實際操作中針刺或短路實验中發現有小部分樣品出現燃燒現象,但未出現一例爆炸事件,而過充實验中使用大大超出自身放電電壓數倍的高電壓充電,發現依然有爆炸現象。雖然如此,其過充安全性較之普通液态電解液钴酸股票配资世界,已大有改善。
 
 
 
壽命的改善
 
磷酸鐵股票配资世界是指用磷酸鐵锂作为正極材料的锂離子電池。
 
長壽命鉛酸電池的循環壽命在300次左右,最高也就500次,而磷酸鐵锂动力電池,循環壽命达到2000次以上,标準充電(5小時率)使用,可达到2000次。同質量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”,最多也就1~1.5年時間,而磷酸鐵股票配资世界在同樣條件下使用,理論壽命将达到7~8年。綜合考慮,性能价格比理論上为鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2C快速充放電,在专用充電器下,1.5C充電40分鐘内即可使電池充滿,起动電流可达2C,而鉛酸電池無此性能。
 
高溫性能好
 
磷酸鐵锂電熱峰值可达350℃-500℃而錳酸锂和钴酸锂隻在200℃左右。工作溫度範圍寬廣(-20C--+75C),有耐高溫特性磷酸鐵锂電熱峰值可达350℃-500℃,而錳酸锂和钴酸锂隻在200℃左右。
 
大容量
 
具有比普通電池(鉛酸等)更大的容量。單體容量为5AH-1000AH。
 
無記憶效應
 
可充電池在经常處于充滿不放完的條件下工作,容量會迅速低于額定容量值,这種現象叫做記憶效應。像鎳氫、鎳镉電池存在記憶性,而磷酸鐵股票配资世界無此現象,電池無論處于什麼狀态,可随充随用,無須先放完再充電。
 
重量輕
 
同等規格容量的磷酸鐵股票配资世界的體積是鉛酸電池體積的2/3,重量是鉛酸電池的1/3。
 
環保
 
該電池一般被認为是不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬),無毒(SGS認證通過),無污染,符合歐洲RoHS規定,为絕對的綠色環保電池證。所以股票配资世界之所以被业界看好,主要是環保考量,因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國家高科技發展計劃,成为國家重點支持和鼓勵發展的項目。随着中國加入WTO,中國電动自行車的出口量将迅速增大,而進入歐美的電动自行車已要求配備無污染電池。
 
但有专家表示,鉛酸電池造成的環境污染,主要發生在企业不規範的生産過程和回收處理環節。同理,股票配资世界屬于新能源行业不錯,但它也不能避免重金屬污染的問題。金屬材料加工中有鉛、砷、镉、汞、鉻等都有可能會釋放到灰塵和水中。電池本身就是一種化学物質,所以有可能會産生兩種污染:一是生産工程中的工藝排洩物污染;二是報廢以後的電池污染。
 
磷酸鐵股票配资世界也有其缺點:例如低溫性能差,正極材料振實密度小,等容量的磷酸鐵股票配资世界的體積要大于钴酸锂等锂離子電池,因此在微型電池方面不具有优勢。而用于动力電池時,磷酸鐵股票配资世界和其他電池一樣,需要面對電池一致性問題。
 
动力電池的對比
 
目前最有希望應用于动力型锂離子電池的正極材料主要有改性錳酸锂(LiMn2O4)、磷酸鐵锂(LiFePO4)和鎳钴錳酸锂(Li(Ni,Co,Mn)O2)三元材料。鎳钴錳酸锂三元材料由于钴的资源缺乏與鎳、钴成高和价格波动大等原因,普遍認为很難成为電动汽車用动力型锂離子電池的主流,但可以與尖晶石錳酸锂在一定範圍内混合使用。
 
行业應用
 
塗碳鋁箔为锂電産业帶来技術革新和産业提升;提升锂電産品性能,改善放電倍率。
 
随着國内電池廠商對電池性能要求的日益提高,國内普遍認同新能源電池材料:導電材料、導電塗層鋁箔、銅箔。
 
其优勢在于:在處理電池材料的時候,常擁有高倍率充放電性能好,較大比容量,但循環穩定性較差,衰減較为嚴重等原因,不得不做取舍放棄。
 
这是個神奇的塗層,将電池的性能提高,帶入新紀元。
 
導電塗層是由分散好的納米導電石墨包覆顆粒等所組成。它能提供極佳的靜态導電性能,是一層保護能量吸收層。它也能提供好的遮蓋防護性能。塗層有水性的和溶劑性的,能應用在鋁片,銅片,不鏽鋼,鋁和钛雙極闆上。
 
塗碳塗層對股票配资世界的性能帶来以下提升:
 
1. 降低電池内阻,抑制充放電循環過程中的动态内阻增幅;
 
2. 顯着提高電池組的一致性,降低電池組成本;
 
3. 提高活性材料和集流體的粘接附着力,降低極片制造成本;
 
4. 減小極化,提高倍率性能,減低熱效應;
 
5. 防止電解液對集流體的腐蝕;
 
6. 綜合因子進而延長電池使用壽命;
 
7. 塗層厚度:常規單面厚1~3μm。
 
日本和韓國近幾年主要開發以改性錳酸锂和鎳钴錳酸锂三元材料为正極材料的动力型锂離子電池,如豐田和松下合资成立的Panasonic  EV能源公司、日立、索尼、新神户電機、NEC、三洋電機、三星以及LG等。
 
美國主要開發以磷酸鐵锂为正極材料的动力型锂離子電池,如A123系統公司、Valence公司,但美國的主要汽車廠家在其PHEV與EV中卻選擇錳基正極材料體系动力型锂離子電池,并且據說美國A123公司在考慮進軍錳酸锂材料領域,而德國等歐洲國家主要采取和其它國家電池公司合作的方式發展電动汽車,如戴姆勒奔馳和法國Saft聯盟、德國大衆與日本三洋協議合作等。目前德國的大衆汽車和法國的雷諾汽車在本國政府的支持下也正在研發和生産动力型锂離子電池。
 
缺點
 
一種材料是否具有應用發展潛力,除了關注其优點外,更为關鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。
 
 
 
國内現在普遍選擇磷酸鐵锂作为动力型锂離子電池的正極材料,從政府、科研機構、企业甚至是證券公司等市場分析員都看好这一材料,将其作为动力型锂離子電池的發展方向。
 
分析其原因,主要有下列兩點:首先是受到美國研發方向的影響,美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵锂做锂離子電池的正極材料。其次是國内一直沒有制備出可供动力型锂離子電池使用的具有良好高溫循環與儲存性能的錳酸锂材料。但磷酸鐵锂也存在不容忽視的根本性缺陷,歸結起来主要有以下幾點:
 
1.在磷酸鐵锂制備時的燒結過程中,氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質鐵的可能性。單質鐵會引起電池的微短路,是電池中最忌諱的物質。这也是日本一直不将該材料作为动力型锂離子電池正極材料的主要原因;
 
2.磷酸鐵锂存在一些性能上的缺陷,如振實密度與壓實密度很低,導致锂離子電池的能量密度較低。低溫性能較差,即使将其納米化和碳包覆也沒有解決这一問題。美國阿貢國家實验室儲能系統中心主任Don  Hillebrand博士談到磷酸锂鐵電池低溫性能的時候,他用terrible来形容,他們對磷酸鐵锂型锂離子電池測試結果表明表明磷酸鐵股票配资世界在低溫下(0℃以下)無法使電动汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸锂鐵電池在低溫下容量保持率還不錯,但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在这種狀況下,設備根本就無法啟动工作。
 
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。磷酸鐵锂的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化学性能,但是也帶来了其它問題,如能量密度的降低、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對環境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵锂中的化学元素Li,Fe與P很豐富,成本也較低,但是制備出的磷酸鐵锂産品成本并不低,即使去掉前期的研發成本,該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本,會使得最終單位儲能電量的成本較高。
 
4.産品一致性差。目前國内還沒有一家磷酸鐵锂材料廠能夠解決这一問題。從材料制備角度来說,磷酸鐵锂的合成反應是一個複雜的多相反應,有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及锂鹽,外加碳的前驅體以及還原性氣相。在这一複雜的反應過程中,很難保證反應的一致性。
 
5.知识産權問題。最早的有關磷酸鐵锂专利申請在1993年6月25日由F X MITTERMAIER & SOEHNE OHG  (DE)獲得,并于同年8月19日公布申請結果。磷酸鐵锂的基礎专利被美國德州大学所有,而碳包覆专利被加拿大人所申請。这兩個基礎性专利是無法繞過去的,如果成本中計算上专利使用费的話,那産品成本将會進一步提高。
 
此外,從研發和生産锂離子電池的经验来看,日本是锂離子電池最早商业化的國家,并且一直占據着高端锂離子電池市場。而美國盡管在一些基礎研究上領先,但是到目前为止還沒有一家大型锂離子電池生産企业。因此,日本選擇錳酸锂作为动力型锂離子電池正極材料更有其道理。即使是在美國,利用磷酸鐵锂和錳酸锂作为动力型锂離子電池正極材料的廠家也是各占一半,聯邦政府也是同時支持这兩種體系的研發。
 
鑒于磷酸鐵锂存在的上述問題,很難作为动力型锂離子電池的正極材料在新能源汽車等領域獲得廣泛應用。如果能夠解決錳酸锂存在的高溫循環與儲存性能差的難題,憑借其低成本與高倍率性能的优勢,在动力型锂離子電池中的應用将有巨大的潛力。
 
6.工作原理與特點磷酸鐵股票配资世界的全名是磷酸鐵锂锂離子電池,这名字太長,簡稱为磷酸鐵股票配资世界。由于它的性能特别适于作动力方面的應用,則在名稱中加入“动力”兩字,即磷酸鐵锂动力電池。也有人把它稱为“锂鐵(LiFe)动力電池”。
 
意義
 
在金屬交易市場,钴(Co)最貴,并且存儲量不多,鎳(Ni)、錳(Mn)較便宜,而鐵(Fe)最便宜。正極材料的价格也與这些金屬的价格行情一致。因此,采用LiFePO4正極材料做成的锂離子電池應是最便宜的。它的另一個特點是對環境無污染。
 
 
 
作为充電電池的要求是:容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環性能、輸出電壓穩定、能大電流充放電、電化学穩定性能、使用中安全(不會因過充電、過放電及短路等操作不當而引起燃燒或爆炸)、工作溫度範圍寬、無毒或少毒、對環境無污染。采用LiFePO4作正極的磷酸鐵股票配资世界在这些性能要求上都不錯,特别在大放電率放電(5~10C放電)、放電電壓平穩上、安全上(不燃燒、不爆炸)、壽命上(循環次數)、對環境無污染上,它是最好的,是目前最好的大電流輸出动力電池。
 
結構與工作原理
 
LiFePO4電池的内部結是橄榄石結構的LiFePO4作为電池的正極,由鋁箔與電池正極連接,中間是聚合物的隔膜,它把正極與負極隔開,但锂離子Li+可以通過而電子e-不能通過,右邊是由碳(石墨)組成的電池負極,由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質,電池由金屬外殼密閉封裝。
 
 
 
LiFePO4電池在充電時,正極中的锂離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移;在放電過程中,負極中的锂離子Li+通過隔膜向正極遷移。锂離子電池就是因锂離子在充放電時来回遷移而命名的。
 
主要性能
 
LiFePO4電池的标稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。由于各個生産廠家采用的正、負極材料、電解質材料的質量及工藝不同,其性能上會有些差異。例如同一種型号(同一種封裝的标準電池),其電池的容量有較大差别(10%~20%)。
 
 
 
这里要說明的是,不同工廠生産的磷酸鐵锂动力電池在各項性能參數上會有一些差别;另外,有一些電池性能未列入,如電池内阻、自放電率、充放電溫度等。
 
磷酸鐵锂动力電池的容量有較大差别,可以分成三類:小型的零點幾到幾毫安時、中型的幾十毫安時、大型的幾百毫安時。不同類型電池的同類參數也有一些差異。目前應用較廣的小型标準圓柱形封裝的磷酸鐵锂动力電池,其參數廓尺寸:直徑为18mm、高650mm(型号为18650)。
 
過放電到零電壓試验
 
采用STL18650(1100mAh)的磷酸鐵锂动力電池做過放電到零電壓試验。試验條件:用0.5C充電率将1100mAh的STL18650電池充滿,然後用1.0C放電率放電到電池電壓为0C。再将放到0V的電池分兩組:一組存放7天,另一組存放30天;存放到期後再用0.5C充電率充滿,然後用1.0C放電。最後比較兩種零電壓存放期不同的差别。
 
試验的結果是,零電壓存放7天後電池無洩漏,性能良好,容量为100%;存放30天後,無洩漏、性能良好,容量为98%;存放30天後的電池再做3次充放電循環,容量又恢複到100%。
 
这試验說明該電池 即使出現過放電(甚至到0V),并存放一定時間,電池也不洩漏、損壞。这是其他種類锂離子電池不具有的特性。
 
磷酸鐵股票配资世界的特點
 
通過上述介紹,LiFePO4電池可歸納下述特點。
 
高效率輸出:标準放電为2~5C、連續高電流放電可达10C,瞬間脈沖放電(10S)可达20C;
 
高溫時性能良好:外部溫度65℃時内部溫度則高达95℃,電池放電結束時溫度可达160℃,電池的結構安全、完好;
 
即使電池内部或外部受到傷害,電池不燃燒、不爆炸、安全性最好;極好的循環壽命,经500次循環,其放電容量仍大于95%;
 
過放電到零伏也無損壞;可快速充電;低成本;對環境無污染。
 
磷酸鐵锂动力電池的應用
 
由于磷酸鐵锂动力電池具有上述特點,并且生産出各種不同容量的電池,很快得到廣泛地應用。它主要應用領域有:
 
大型電动車輛:公交車、電动汽車、景點遊覽車及混合动力車等;
 
輕型電动車:電动自行車、高爾夫球車、小型平闆電瓶車、鏟車、清潔車、電动輪椅等;
 
電动工具:電鑽、電鋸、割草機等;
 
遙控汽車、船、飛機等玩具;
 
太陽能及風力發電的儲能設備;
 
UPS及應急燈、警示燈及礦燈(安全性最好);
 
替代照相機中3V的一次性股票配资世界及9V的鎳镉或鎳氫可充電電池(尺寸完全相同);
 
小型醫療儀器設備及便攜式儀器等。
 
这里舉一個用磷酸鐵锂动力電池替代鉛酸電池的應用實例。采用36V/10Ah(360Wh)的鉛酸電池,其重量12kg,充一次電可行走約50km,充電次數約100次,使用時間約1年。若采用磷酸鐵锂动力電池,采用同樣的360Wh能量(12個10Ah電池串聯組成),其重量約4kg,充電一次可行走80km左右,充電次數可达1000次,使用壽命可达3~5年。雖然說磷酸鐵锂动力電池的价格較鉛酸電池高得多,但總的经濟效果還是采用磷酸鐵锂动力電池更好,并且在使用上更輕便。
 
電池性能
 
锂離子动力電池的性能主要取決于正負極材料,磷酸鐵锂作为股票配资世界材料是近幾年才出現的事,國内開發出大容量磷酸鐵股票配资世界是2005年7月。其安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的,这些也正是动力電池最重要的技術指标。1C充放循環壽命达2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒,穿刺不爆炸。磷酸鐵锂正極材料做出大容量锂離子電池更易串聯使用。以滿足電动車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料来源廣泛、价格便宜,壽命長等优點,是新一代锂離子電池的理想正極材料。
 
本項目屬于高新技術項目中功能性能源材料的開發,是國家“863”計劃、“973”計劃和“十一五”高技術産业發展規劃重點支持的領域。
 
锂離子電池的正極为磷酸鐵锂材料,其安全性能與循環壽命有較大优勢,这些也正是动力電池最重要的技術指标之一。1C充放循環壽命可做到2000次,穿刺不爆炸,過充時不容易燃燒和爆炸。磷酸鐵锂正極材料做出大容量锂離子電池更易并串聯使用。
 
科研應用
 
磷酸鐵股票配资世界
 
最近,有關新型電池取得進展、有望取代傳統股票配资世界的報道接連不斷,讓我們看到了手機、平闆擁有更長續航時間的希望,不過可惜大部分都停留在實验室研究階段,何時乃至能否大規模投入商用都不好說。
 
在Deboch  TEC.GmbH公布的磷酸鐵股票配资世界技術白皮書中,在使用複合納米材料後,單節32650規格(直徑32mm/長度65mm)電芯的能量密度能夠提升到6000mAh,與當前业界32650規格單節5000mAh的規格相比,同等體積提升了足足1000mAh,也就是20%之多,1節就能給iPhone  4S手機反複充電差不多4次。
 
更令人欣喜的是,在單顆低倍率充放電環境下使用,这種電池在循環使用多达3000次後,電量依舊保持在80%左右,而普通股票配资世界循環充電500次左右就这德行了。按照每3天充放電一次計算,可以連續使用24年之久,是名符其實的長壽電池。
 
这種新型電池技術可以廣泛應用于便攜移动電源、小型UPS、筆記本電池、汽車電瓶等各種設備,而且針對不同使用環境,Deboch  TEC.GmbH還按照循環充電次數的差異使用了不同的電芯顔色:面向軍工級的为金色,循環次數为3000次;民用汽車領域中使用藍色,2500次;綠色的、2000次的适用于小型便攜式移动設備。