磷酸铁锂电池

特斯拉 2021 年第三季度报告宣布，其车辆将改用 LiFePO4 电池作为新标准。但磷酸铁锂电池到底是什么？

美国纽约，2022 年 5 月 26 日 /EINPresswire.com / — 它们是锂离子电池更好的替代品吗？这些电池与其他电池有何不同？

磷酸铁锂电池简介

磷酸铁锂（LFP）电池是一种具有更快充电和放电速率的锂离子电池。它是一种可充电电池，以LiFePO4为阴极，以金属背衬的石墨碳电极为阳极。

LiFePO4电池的能量密度比锂离子电池低，工作电压也较低。它们具有水平曲线的低放电率，并且比锂离子电池更安全。这些电池也称为磷酸铁锂电池。

LiFePO4电池的发明

LiFePO4 电池由 John B. Goodenough 和 Arumugam Manthiram 发明。他们是最早确定锂离子电池所用材料的人之一。负极材料对于锂离子电池来说并不理想，因为它们容易立即短路。

科学家发现，与锂离子电池正极相比，正极材料性能更好。这在 LiFePO4 电池型号中尤其明显。它们增强了稳定性和导电性，并改善了许多其他方面。

如今，LiFePO4 电池随处可见，并具有多种应用，包括用于船舶、太阳能系统和车辆。LiFePO4 电池不含钴，并且比大多数替代品更便宜。它无毒，保质期较长。

LFP 电池规格 -

电池管理系统在磷酸铁锂电池中的作用

LFP 电池不仅仅由连接的电池组成；他们有一个系统可以确保电池保持在安全范围内。电池管理系统 (BMS) 在工作条件下保护、控制和监控电池，以确保安全并延长电池寿命。

磷酸铁锂电池中电池管理系统的功能 -

尽管磷酸铁锂电池具有更高的耐受性，但它们在充电过程中仍然容易出现过压，从而降低性能。阴极所用的材料可能会恶化并失去稳定性。BMS 调节每个电池的输出并确保维持电池的最大电压。

随着电极材料的退化，欠电压成为一个严重的问题。如果任何电池的电压降至指定阈值以下，BMS 就会断开电池与电路的连接。它还可以在过流情况下充当逆止器，并在短路期间关闭其操作。

LiFePO4 电池与锂离子电池

LiFePO4电池不适合手表等可穿戴设备。它们的能量密度比任何其他锂电池都低。然而，它们对于太阳能系统、房车、高尔夫球车、鲈鱼船和电动摩托车来说是最好的。

★这些电池的主要优点之一是它们的循环寿命。

这些电池的使用寿命比其他电池长 4 倍以上。它们更安全，可以达到 100% 的放电深度，这意味着它们可以使用更长时间。

以下是这些电池成为锂离子电池更好替代品的其他原因。

★低成本

磷酸铁锂电池由铁和磷组成，大规模开采，价格低廉。据估计，LFP 电池每公斤的成本比富镍 NMC 电池低 70%。其化学成分具有成本优势。据报道，磷酸铁锂电池的最低电池价格在 2020 年首次跌破 100 美元/千瓦时。

★环境影响小
LFP电池不含昂贵且对环境影响较大的镍或钴。这些电池是可充电的，这显示了它们的环保性。

★提高效率和性能
LFP 电池以其长生命周期而闻名，这使其成为需要长期可靠且一致的功率输出的应用的热门选择。这些电池的容量损失率比其他锂离子电池慢，这有助于长期保持其性能。此外，它们的工作电压较低，因此内阻较小，充电/放电速度更快。

★增强安全性和稳定性
LFP 电池具有热稳定性和化学稳定性，因此不太可能爆炸或着火。LFP 产生的热量是富镍 NMC 的六分之一。由于磷酸铁锂电池中的 Co-O 键更强，因此如果短路或过热，氧原子的释放速度会更慢。此外，充满电的电池中没有锂残留，与其他锂电池中的放热反应相比，它们具有很强的抗氧损失能力。

★体积小、重量轻
LFP 电池比锰酸锂电池轻近 50%。它们比铅酸电池轻 70%。当您在车辆中使用 LiFePO4 电池时，您使用的汽油更少，并且具有更高的机动性。它们体积小、结构紧凑，可让您节省踏板车、船、房车或工业应用的空间。

LiFePO4 电池与非锂电池
非锂电池具有许多优点，但鉴于新型 LiFePo4 电池的潜力，由于旧技术价格昂贵且效率较低，非锂电池可能会在中期被取代。

☆铅酸电池
铅酸电池乍一看似乎具有成本效益，但从长远来看它们最终会变得更加昂贵。这是因为它们需要更频繁的维护和更换。LiFePO4 电池的使用寿命可延长 2-4 倍，且无需维护。

☆胶体电池
凝胶电池与 LiFePO4 电池一样，不需要频繁充电，并且在存放时不会丢失电量。但凝胶电池的充电速度较慢。它们需要在充满电后立即断开以避免损坏。

☆AGM电池
虽然 AGM 电池在容量低于 50% 时损坏的风险很高，但 LiFePO4 电池可以完全放电，不会有任何损坏的风险。而且，要让他们保持下去也很困难。

LiFePO4 电池的应用
LiFePO4 电池有许多有价值的应用，包括

●渔船和皮划艇：您可以在水面上度过更多的时间，同时充电时间更少，运行时间更长。重量更轻，在高风险钓鱼比赛中更容易操控并减速。

●代步踏板车和轻便摩托车：没有自重使您减速。将电池充电至低于满电量，以便自发旅行而不损坏电池。

●太阳能配置：无论生活在哪里（甚至上山或脱离电网），都可以携带轻便的磷酸铁锂电池，以利用太阳能。

●商业用途：这些是最安全、最坚固的锂电池，非常适合地板机、举升门等工业应用。

此外，磷酸铁锂电池还为许多其他设备供电，例如手电筒、电子烟、无线电设备、应急照明和其他物品。

宽范围 LFP 实施的可能性
虽然磷酸铁锂电池比替代品更便宜、更稳定，但能量密度一直是广泛采用的重大障碍。LFP 电池的能量密度要低得多，在 15% 到 25% 之间。然而，使用更厚的电极（例如上海制造的 Model 3 中使用的电极，其能量密度为 359Wh/L）正在改变这种情况。

由于磷酸铁锂电池的生命周期较长，因此其容量比同等重量的锂离子电池更高。这意味着随着时间的推移，这些电池的能量密度将变得更加相似。

大规模采用的另一个障碍是，中国由于大量 LFP 专利而主导了市场。随着这些专利到期，有人猜测磷酸铁锂生产将像汽车制造一样实现本地化。

福特、大众和特斯拉等主要汽车制造商通过替代镍或钴配方越来越多地利用该技术。特斯拉最近在季度更新中宣布的只是一个开始。特斯拉还对其 4680 电池组进行了简短更新，该电池组将具有更高的能量密度和续航里程。特斯拉也有可能采用“电池到电池组”的结构来凝聚更多的电池并适应更低的能量密度。

尽管已经年事已高，磷酸铁锂电池成本的降低对于加速电动汽车的大规模采用可能至关重要。到 2023 年，锂离子电池价格预计将接近 100 美元/kWh。LFP 可能使汽车制造商能够强调便利性或充电时间等因素，而不仅仅是价格。