磷酸鐵鋰動力電池組

磷酸鐵鋰動力電池組：

磷酸(suan)鐵(tie)鋰(li)(li)(li)動(dong)力電(dian)池(chi)(chi)是指用磷酸(suan)鐵(tie)鋰(li)(li)(li)作為正極(ji)材料的(de)(de)鋰(li)(li)(li)離子電(dian)池(chi)(chi)。 鋰(li)(li)(li)離子電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)正極(ji)材料主(zhu)要有鈷(gu)酸(suan)鋰(li)(li)(li)、錳酸(suan)鋰(li)(li)(li)、鎳酸(suan)鋰(li)(li)(li)、三(san)元(yuan)鋰(li)(li)(li)電(dian)池(chi)(chi)材料、磷酸(suan)鐵(tie)鋰(li)(li)(li)等。其中鈷(gu)酸(suan)鋰(li)(li)(li)是目前絕大多數鋰(li)(li)(li)離子電(dian)池(chi)(chi)使(shi)用的(de)(de)正極(ji)材料。

磷酸鐵鋰(li)動力電池組原理：

磷酸鐵鋰(li)電(dian)池的(de)全名(ming)是磷酸鐵鋰(li)鋰(li)離子電(dian)池，這名(ming)字(zi)太長(chang)，簡稱為(wei)磷酸鐵鋰(li)電(dian)池。由于它(ta)的(de)性能特別適(shi)于作動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)方面的(de)應用，則在名(ming)稱中(zhong)加入“動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)”兩字(zi)，即磷酸鐵鋰(li)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)電(dian)池組。也(ye)有人把它(ta)稱為(wei)“鋰(li)鐵（LiFe）動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)電(dian)池”。

金(jin)屬交易市場，鈷(gu)（Co）最貴，并且存儲量不(bu)多，鎳（Ni）、錳（Mn）較便(bian)宜，而鐵（Fe）最便(bian)宜。正(zheng)極材(cai)料的(de)價格也與這些金(jin)屬的(de)價格行(xing)情一致。因此，采用LiFePO4正(zheng)極材(cai)料做(zuo)成(cheng)的(de)鋰(li)離子電池應是(shi)最便(bian)宜的(de)。它的(de)另(ling)一個(ge)特點是(shi)對環境無污染。

作為充電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)要求(qiu)是：容量高(gao)、輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)(dian)壓高(gao)、良好的(de)充放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)循環(huan)性能、輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)(dian)壓穩定(ding)、能大電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)充放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)、電(dian)(dian)(dian)(dian)化學(xue)穩定(ding)性能、使用中安(an)全（不會因過(guo)充電(dian)(dian)(dian)(dian)、過(guo)放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)及(ji)短(duan)路等操作不當而引(yin)起燃燒(shao)或爆炸）、工(gong)作溫度范圍寬(kuan)、無(wu)(wu)毒或少毒、對環(huan)境無(wu)(wu)污染。采用LiFePO4作正極的(de)磷酸鐵鋰動力電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)組在(zai)這些性能要求(qiu)上(shang)都不錯，特別(bie)在(zai)大放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)率(lv)放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)（5～10C放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)）、放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓平穩上(shang)、安(an)全上(shang)（不燃燒(shao)、不爆炸）、壽命上(shang)（循環(huan)次數）、對環(huan)境無(wu)(wu)污染上(shang)，它(ta)是最(zui)好的(de)，是目(mu)前最(zui)好的(de)大電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)輸(shu)出動力電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)。

磷酸鐵鋰動力電池組結構(gou)與工(gong)作原理:

LiFePO4電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)內部(bu)結構如圖1所(suo)示。左(zuo)邊(bian)是(shi)橄欖石結構的(de).LiFePO4作為電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)正極，由(you)(you)(you)鋁(lv)箔與電(dian)(dian)池(chi)(chi)正極連接，中間是(shi)聚合物的(de)隔膜，它把正極與負(fu)極隔開，但鋰離(li)子(zi)Li+可以通過(guo)而電(dian)(dian)子(zi)e-不能通過(guo)，右邊(bian)是(shi)由(you)(you)(you)碳（石墨）組成的(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)負(fu)極，由(you)(you)(you)銅箔與電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)負(fu)極連接。電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)上(shang)下端之間是(shi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)電(dian)(dian)解質(zhi)，電(dian)(dian)池(chi)(chi)由(you)(you)(you)金屬外殼密閉封(feng)裝。

LiFePO4電(dian)池在充(chong)(chong)電(dian)時，正極(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的鋰(li)離(li)(li)子Li+通(tong)過聚(ju)合物隔膜向負極(ji)(ji)(ji)遷(qian)(qian)移；在放(fang)電(dian)過程(cheng)中(zhong)(zhong)，負極(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的鋰(li)離(li)(li)子Li+通(tong)過隔膜向正極(ji)(ji)(ji)遷(qian)(qian)移。鋰(li)離(li)(li)子電(dian)池就是因鋰(li)離(li)(li)子在充(chong)(chong)放(fang)電(dian)時來回遷(qian)(qian)移而命名的。

磷酸(suan)鐵鋰動力電池組(zu)主要性能:

磷(lin)酸鐵(tie)鋰動力電(dian)池(chi)(chi)的(de)標稱電(dian)壓是3.2V、終止充電(dian)電(dian)壓是3.6V、終止放電(dian)壓是2.0V。由于各個生產廠家(jia)采用的(de)正、負極材料、電(dian)解質材料的(de)質量及工藝不(bu)同，其性能上會(hui)有(you)些(xie)差異。例如同一(yi)種型號（同一(yi)種封裝的(de)標準(zhun)電(dian)池(chi)(chi)），其電(dian)池(chi)(chi)的(de)容量有(you)較(jiao)大差別（10%～20%）。

磷(lin)(lin)酸(suan)鐵鋰動力電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)組主要性(xing)(xing)能如下：為了與其(qi)他(ta)可充電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的相比較，也在(zai)表中(zhong)列出其(qi)他(ta)種(zhong)類可充電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)性(xing)(xing)能。這里要說明的是，不(bu)同工(gong)廠生產的磷(lin)(lin)酸(suan)鐵鋰動力電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)組在(zai)各項性(xing)(xing)能參(can)數(shu)上會有(you)一些差別；另外，有(you)一些電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)性(xing)(xing)能未(wei)列入(ru)，如電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)內阻、自放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)率、充放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)溫度等。

磷酸鐵鋰動力電池主要性能參數
磷(lin)酸鐵鋰(li)動(dong)力電(dian)池組的(de)(de)容量有(you)較大差別，可以分成三(san)類：小型(xing)的(de)(de)零點幾(ji)到幾(ji)毫(hao)安時(shi)(shi)、中型(xing)的(de)(de)幾(ji)十毫(hao)安時(shi)(shi)、大型(xing)的(de)(de)幾(ji)百毫(hao)安時(shi)(shi)。不同(tong)類型(xing)電(dian)池的(de)(de)同(tong)類參數(shu)也有(you)一些差異。這里再介紹(shao)一種目(mu)前(qian)應(ying)用較廣的(de)(de)小型(xing)標準圓(yuan)柱形(xing)封裝的(de)(de)磷(lin)酸鐵鋰(li)動(dong)力電(dian)池的(de)(de)參數(shu)。其外(wai)廓尺寸(cun)：直徑為18mm、高650mm（型(xing)號為18650）。

小型標準圓柱形封裝的磷酸鐵鋰動力電池組的參數

過放(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)到(dao)零(ling)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)試驗(yan)(yan)采(cai)用STL18650（1100mAh）的磷酸鐵(tie)鋰(li)動力電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)組做過放(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)到(dao)零(ling)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)試驗(yan)(yan)。試驗(yan)(yan)條件：用0.5C充電(dian)(dian)(dian)(dian)率將1100mAh的STL18650電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)充滿(man)，然后(hou)用1.0C放(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)率放(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)到(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)為0C。再將放(fang)(fang)(fang)到(dao)0V的電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)分(fen)兩組：一(yi)組存(cun)放(fang)(fang)(fang)7天(tian)，另一(yi)組存(cun)放(fang)(fang)(fang)30天(tian)；存(cun)放(fang)(fang)(fang)到(dao)期(qi)后(hou)再用0.5C充電(dian)(dian)(dian)(dian)率充滿(man)，然后(hou)用1.0C放(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)。最后(hou)比較(jiao)兩種(zhong)零(ling)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)存(cun)放(fang)(fang)(fang)期(qi)不同的差別。

試驗的結果是，零電(dian)壓存放7天(tian)后(hou)電(dian)池無泄漏(lou)，性能良(liang)好(hao)，容量為(wei)100%；存放30天(tian)后(hou)，無泄漏(lou)、性能良(liang)好(hao)，容量為(wei)98%；存放30天(tian)后(hou)的電(dian)池再做3次充放電(dian)循環(huan)，容量又恢復(fu)到100%。
這(zhe)(zhe)試驗說明該電(dian)池 即使出現(xian)過放(fang)電(dian)（甚至到0V），并(bing)存(cun)放(fang)一定時間，電(dian)池也不泄漏(lou)、損壞。這(zhe)(zhe)是其他種類鋰離(li)子電(dian)池不具有的特性。

磷酸(suan)鐵鋰動(dong)力(li)電池組(zu)七個(ge)優勢(shi)：

安全性(xing)能的改(gai)善:磷(lin)酸鐵鋰晶體中的(de)P-O鍵(jian)穩固，難以分解，即便在高(gao)溫(wen)或過充(chong)(chong)時也不(bu)會(hui)像鈷酸鋰一(yi)樣結構(gou)崩塌發(fa)熱或是(shi)形成強氧化(hua)性物質，因(yin)此(ci)擁有(you)良好的(de)安(an)全性。有(you)報告指出(chu)，實際操作(zuo)中針刺或短路實驗(yan)中發(fa)現(xian)(xian)有(you)小(xiao)部分樣品(pin)出(chu)現(xian)(xian)燃(ran)燒(shao)現(xian)(xian)象，但未出(chu)現(xian)(xian)一(yi)例爆炸事件，而(er)過充(chong)(chong)實驗(yan)中使用(yong)大(da)大(da)超出(chu)自身放電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)數倍的(de)高(gao)電(dian)(dian)壓(ya)充(chong)(chong)電(dian)(dian)，發(fa)現(xian)(xian)依然(ran)有(you)爆炸現(xian)(xian)象。雖然(ran)如此(ci)，其過充(chong)(chong)安(an)全性較(jiao)之(zhi)普通液態(tai)電(dian)(dian)解液鈷酸鋰電(dian)(dian)池，已大(da)有(you)改善。

壽命的改善:磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。長壽命鉛酸電池的循環壽命在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力電池組，循環壽命達到2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到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，而磷酸鐵鋰動力電池組在同樣條件下使用，理論壽命將達到7~8年。綜合考慮，性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內即可使電池充滿，起動電流可達2C,而鉛酸電池無此性能。

高溫性能好:磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣（-20C--+75C），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。

大容量:具有比普通電池（鉛酸等）更大的容量。5AH-1000AH（單體）

無記憶效應:可充電池在經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，這種現象叫做記憶效應。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池無此現象，電池無論處于什么狀態，可隨充隨用，無須先放完再充電。

重量輕:同等規格容量的磷酸鐵鋰動力電池組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(bao):磷酸鐵鋰(li)動力電(dian)(dian)池(chi)(chi)一般被認(ren)為(wei)是不(bu)含任何(he)重(zhong)金屬與(yu)稀有(you)(you)金屬（鎳氫電(dian)(dian)池(chi)(chi)需稀有(you)(you)金屬），無(wu)毒（SGS認(ren)證(zheng)(zheng)通過），無(wu)污(wu)染，符(fu)合歐洲RoHS規定，為(wei)絕(jue)對的(de)(de)綠色(se)環保電(dian)(dian)池(chi)(chi)證(zheng)(zheng)。所(suo)以鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)之所(suo)以被業界看(kan)好，主要是環保考量(liang)，因此該(gai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)又列入了“十五”期間(jian)的(de)(de)“863”國(guo)(guo)家(jia)高科技(ji)發展計劃，成為(wei)國(guo)(guo)家(jia)重(zhong)點支持和鼓(gu)勵發展的(de)(de)項目。隨著中(zhong)國(guo)(guo)加入WTO，中(zhong)國(guo)(guo)電(dian)(dian)動自行車的(de)(de)出口量(liang)將迅速(su)增大(da)，而進入歐美的(de)(de)電(dian)(dian)動自行車已要求配備無(wu)污(wu)染電(dian)(dian)池(chi)(chi)。

但(dan)有(you)專(zhuan)家表示，鉛(qian)酸電(dian)池(chi)造成的環境(jing)污染，主要發生在企業不規(gui)范的生產過程和回收處理(li)環節。同理(li)，鋰電(dian)池(chi)屬(shu)于(yu)新能(neng)(neng)源(yuan)行業不錯，但(dan)它也(ye)不能(neng)(neng)避免(mian)重金(jin)屬(shu)污染的問題。金(jin)屬(shu)材(cai)料加(jia)工中有(you)鉛(qian)、砷、鎘、汞、鉻(ge)等都有(you)可能(neng)(neng)會(hui)釋放到灰塵(chen)和水(shui)中。電(dian)池(chi)本身就是一種化學物(wu)質，所以有(you)可能(neng)(neng)會(hui)產生兩種污染：一是生產工程中的工藝(yi)排泄物(wu)污染；二是報廢以后的電(dian)池(chi)污染。

磷(lin)酸鐵(tie)(tie)鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)也有其缺點：例如低溫性(xing)能差，正極(ji)材(cai)料振實(shi)密度小，等容量的磷(lin)酸鐵(tie)(tie)鋰(li)(li)(li)動力電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)組的體積(ji)要大于鈷(gu)酸鋰(li)(li)(li)等鋰(li)(li)(li)離子(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)，因此在微(wei)型電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)方面(mian)不具有優勢。而用于動力電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)時，磷(lin)酸鐵(tie)(tie)鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)和(he)其他電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)一(yi)樣，需要面(mian)對電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)一(yi)致性(xing)問題(ti)。

磷酸鐵鋰動力電池組的對比
目前最有(you)希望(wang)應(ying)用(yong)于動力型(xing)鋰(li)(li)離子電池(chi)的(de)(de)正極材料(liao)主要有(you)改性(xing)錳酸鋰(li)(li)（LiMn2O4）、磷酸鐵鋰(li)(li)（LiFePO4）和(he)鎳鈷(gu)錳酸鋰(li)(li)（Li(Ni,Co,Mn)O2）三元材料(liao)。鎳鈷(gu)錳酸鋰(li)(li)三元材料(liao)由于鈷(gu)的(de)(de)資源缺(que)乏與(yu)鎳、鈷(gu)成高和(he)價格波動大等原因，普(pu)遍認(ren)為(wei)很難成為(wei)電動汽車用(yong)動力型(xing)鋰(li)(li)離子電池(chi)的(de)(de)主流，但可(ke)以(yi)與(yu)尖晶石錳酸鋰(li)(li)在一定范圍內混(hun)合使用(yong)。

磷酸鐵(tie)鋰動力電池組應(ying)用：

由于磷(lin)酸鐵鋰動(dong)力電池(chi)組具有(you)上述特點，并且生產出各種不同容(rong)量的電池(chi)，很快得到(dao)廣(guang)泛(fan)地應(ying)用(yong)。它主要(yao)應(ying)用(yong)領域(yu)有(you)：

1、大型電動車(che)(che)輛：公交(jiao)車(che)(che)、電動汽車(che)(che)、景(jing)點游覽車(che)(che)及混合動力車(che)(che)等；

2、輕(qing)型(xing)電(dian)(dian)(dian)動車：電(dian)(dian)(dian)動自行車、高爾(er)夫球車、小型(xing)平板(ban)電(dian)(dian)(dian)瓶車、鏟車、清潔車、電(dian)(dian)(dian)動輪椅(yi)等；

3、電動工(gong)具：電鉆(zhan)、電鋸、割草機等；

4、遙控汽車、船、飛機等(deng)玩具；

5、太陽能及(ji)風(feng)力發電的儲能設備；

6、UPS及(ji)應急(ji)燈、警示燈及(ji)礦燈（安全性(xing)最好）；

7、替代(dai)照相(xiang)機中3V的(de)一次性鋰(li)電池及9V的(de)鎳(nie)(nie)鎘或鎳(nie)(nie)氫(qing)可充電電池（尺寸完全相(xiang)同）；

8、小型醫療儀器設(she)備及便攜式儀器等。

磷酸鐵鋰動力電池組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。若采用磷酸鐵鋰動力電池組，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，充電次數可達1000次，使用壽命可達3～5年。雖然說磷酸鐵鋰動力電池組的價格較鉛酸電池高得多，但總的經濟效果還是采用磷酸鐵鋰動力電池組更好，并且在使用上更輕便。

磷酸鐵鋰動力電池組性能：

鋰(li)(li)離(li)子動(dong)力電池的(de)性能(neng)主要取(qu)決于正(zheng)負極材料(liao)，磷酸(suan)鐵(tie)鋰(li)(li)作為鋰(li)(li)電池材料(liao)是(shi)(shi)(shi)近幾(ji)年(nian)才出現的(de)事，國內(nei)開發出大容(rong)量磷酸(suan)鐵(tie)鋰(li)(li)電池是(shi)(shi)(shi)2005年(nian)7月。其安全性能(neng)與循環壽(shou)命是(shi)(shi)(shi)其它材料(liao)所無(wu)法相比的(de)，這些也(ye)正(zheng)是(shi)(shi)(shi)動(dong)力電池最重要的(de)技術指標(biao)。1C充放(fang)循環壽(shou)命達2000次。單節電池過(guo)充電壓30V不燃燒，穿刺(ci)不爆炸。磷酸(suan)鐵(tie)鋰(li)(li)正(zheng)極材料(liao)做出大容(rong)量鋰(li)(li)離(li)子電池更易串聯使(shi)用(yong)。以滿(man)足電動(dong)車(che)頻(pin)繁充放(fang)電的(de)需(xu)要。具有無(wu)毒、無(wu)污染、安全性能(neng)好、原材料(liao)來源廣(guang)泛、價格(ge)便宜，壽(shou)命長等優點，是(shi)(shi)(shi)新一代鋰(li)(li)離(li)子電池的(de)理想正(zheng)極材料(liao)。

（13）絕緣電阻。對于金屬外殼的電池(chi)組，電池(chi)組正負極接口分別(bie)對電池(chi)組金屬外殼的絕緣電阻不小于2MW。