Con la mejora continua del nivel de vida de las personas, los desplazamientos hacia y desde el trabajo se han motorizado gradualmente. Debido a la vigorosa promoción de la política de carbono neutral del país, cuando las personas compran vehículos de nueva energía, tienen que elegir entre las dos tecnologías de batería de fosfato de hierro y litio y batería de litio ternaria. Los expertos de la industria nos dijeron: para dar importancia a la vida útil de la batería, elija el sistema ternario para vehículos ligeros y de capacidad, y elija el sistema de fosfato de hierro y litio por seguridad. En este sentido, los consumidores esperan con urgencia que las personas en la industria puedan dar una respuesta práctica desde un punto de vista técnico: ¿Son seguras las baterías de fosfato de hierro y litio? Primero, responda desde tres aspectos: material/estabilidad estructural, proceso de producción y características de carga y descarga.
¿Qué es una batería de fosfato de hierro y litio?
La batería de fosfato de hierro y litio es una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio (LiFePO4) como material de electrodo positivo y carbono como material de electrodo negativo. Las baterías LFP tienen densidades de energía más bajas que otros tipos de baterías de iones de litio, como níquel-manganeso-cobalto (NMC) y níquel-cobalto-aluminio (NCA), y funcionan con voltajes más bajos.
La seguridad de las baterías de fosfato de hierro y litio
El fosfato de hierro y litio es actualmente el material de cátodo más seguro para las baterías de iones de litio. No contiene elementos de metales pesados nocivos para el cuerpo humano. No es fácil precipitar oxígeno en su estructura olivina, lo que mejora la estabilidad del material. La estabilidad del material del electrodo positivo de una batería de fosfato de hierro y litio determina que tenga una plataforma estable de carga y descarga. Por lo tanto, la estructura de la batería no cambiará durante la carga y descarga, no se quemará ni explotará, y sigue siendo muy segura incluso en condiciones especiales como cortocircuitos, sobrecarga, extrusión y acupuntura.
Ventajas de las baterías de fosfato de hierro y litio
La batería de fosfato de hierro y litio tiene las ventajas de un alto voltaje de trabajo, alta densidad de energía, larga vida útil, buen rendimiento de seguridad, baja tasa de autodescarga y sin efecto memoria.
Aplicación de batería de fosfato de hierro y litio
Las baterías de fosfato de hierro y litio se utilizan ampliamente en el almacenamiento de energía en el hogar, sistemas de iluminación solar, uso de vehículos, aplicaciones estacionarias a gran escala y energía de respaldo debido a su bajo costo, alta seguridad, baja toxicidad y ciclo de vida prolongado.
Almacenamiento de energía en el hogar
Debido a sus bajos costos de producción y alta seguridad contra incendios, Enphase ha lanzado la batería de almacenamiento doméstico LFP. En 2021, el mercado de usuarios finales domésticos tenía varios proveedores, incluidos SonnenBatterie y Enphase. Tesla Motors continúa utilizando celdas NMC en sus productos de almacenamiento de energía para el hogar, pero cambió a LFP para sus productos de batería a escala de servicios públicos en 2021.
Vehículo
cuando los vehículos aceleran, como carretillas elevadoras, bicicletas y vehículos eléctricos, requieren baterías con índices de descarga más altos, peso más ligero y mayor duración. Estas son las ventajas de las baterías de fosfato de hierro y litio. Baterías de 12V LiFePO4 se están volviendo cada vez más populares y se utilizan ampliamente como baterías de respaldo (domésticas) para caravanas, autocaravanas o barcos.
Sistema de iluminación solar
La iluminación de paisajismo solar utiliza principalmente una sola batería LFP "14500" (tamaño de batería AA).
El voltaje de funcionamiento más alto (3.2 V) del LFP permite que una sola batería controle el LED sin circuitos para aumentar el voltaje. Su mayor tolerancia a la sobrecarga moderada (en comparación con otros tipos de baterías de litio) también significa que LiFePO4 se puede conectar a una celda fotovoltaica sin un circuito para detener el ciclo de carga.
Carga y descarga de la batería de fosfato de hierro y litio
La carga y la descarga son los dos estados de funcionamiento básicos de las baterías de litio. Cuando la batería de fosfato de hierro y litio se carga y descarga, debido a que la capacidad de oxidación de los iones de hierro no es fuerte, no se liberará oxígeno y, naturalmente, es un desafío experimentar reacciones redox con el electrolito, lo que hace que la batería de fosfato de hierro y litio se cargue y proceso de descarga en un ambiente seguro. No solo eso, las baterías de fosfato de hierro y litio son difíciles de sufrir reacciones redox violentas durante la descarga de alta velocidad, incluso durante la sobrecarga y la descarga. Al mismo tiempo, después de que se desintercala el litio, la red cristalina cambia de modo que el volumen final de la celda unitaria (la unidad constituyente más pequeña del cristal) se contraerá, lo que compensa el aumento de volumen del electrodo de carbono negativo durante la reacción. Por lo tanto, la batería de fosfato de hierro y litio se puede cargar y descargar. Se mantiene la estabilidad de la estructura física y se elimina el peligro oculto de explosión de la batería causado por el aumento de volumen.
El proceso de producción de la batería de fosfato de hierro y litio.
El proceso de producción de las baterías de fosfato de hierro y litio es aproximadamente el mismo que el de otras variedades de baterías de litio, y sus procesos principales incluyen el procesamiento por lotes, el revestimiento, el laminado, el laminado y el bobinado. En el proceso de dosificación, la conductividad eléctrica del material de fosfato de hierro y litio es relativamente baja, por lo que las partículas generalmente se hacen más pequeñas. El efecto objetivo de esto es que la disposición interna es más uniforme, lo que promueve la formación de una plataforma de tensión equilibrada que se puede mantener durante el trabajo. El estado de la batería es estable.
Las baterías de fosfato de hierro y litio también están diseñadas para ser muy seguras para su uso en temperaturas extremas:
•Fusible de seguridad incorporado
•Cubierta de acero a prueba de explosiones
•Excelente protección contra sobretemperatura
Además, durante la fase de diseño de las baterías de fosfato de hierro y litio, experimentaron lo siguiente:
•Prueba de impacto
•Prueba de sobrecarga.
•Prueba de cortocircuito
•Prueba de circuito abierto
•Prueba de temperatura
•Prueba de caída
•Prueba de cortocircuito interno forzado
•Prueba de baja tensión.
Solo después de obtener resultados satisfactorios, las células pasan a la producción en masa.
¿Qué tan seguras son las baterías de fosfato de hierro y litio que otras baterías de litio?
Las baterías de fosfato tienen una excelente estructura química y mecánica que no se sobrecalentará a niveles inseguros. Como resultado, se mejora la seguridad en comparación con las baterías de iones de litio fabricadas con otros materiales catódicos. Esto se debe a que los estados de carga y descarga de LiFePO4 son físicamente similares y muy robustos, lo que permite que los iones permanezcan estables durante el flujo de oxígeno que acompaña a los ciclos de carga o puede fallar. En general, el enlace de óxido de fosfato de hierro es más fuerte que el enlace de óxido de cobalto, por lo que cuando la batería se sobrecarga o se daña físicamente, el enlace de óxido de fosfato permanece estructuralmente estable; mientras que en otras químicas de litio, el enlace comienza a romperse y libera demasiado calor, lo que eventualmente conduce a un desbordamiento térmico.
Las baterías de fosfato de litio no son inflamables, una característica importante cuando se manipulan incorrectamente durante la carga o descarga. También pueden soportar condiciones adversas, ya sea frío, calor abrasador o terreno accidentado. No explotarán ni se incendiarán en un evento peligroso como una colisión o un cortocircuito, lo que reduce significativamente la posibilidad de lesiones. El fosfato de hierro y litio puede ser su mejor opción si elige una batería de litio y prevé su uso en entornos peligrosos o inestables. También vale la pena mencionar que las baterías de fosfato de hierro y litio no son tóxicas, no contaminantes y no contienen metales de tierras raras, lo que las convierte en una opción respetuosa con el medio ambiente. No explotarán ni se incendiarán, lo que reduce significativamente la posibilidad de lesiones.
¿Factores que afectan la seguridad de las baterías de fosfato de hierro y litio?
Aunque las baterías de fosfato de hierro y litio son completamente seguras en el uso regular, en casos extremos, aún pueden ocurrir algunos accidentes. Los siguientes son algunos factores que afectan la batería.
Sobrecargar
No importa qué tipo de batería sea, la sobrecarga siempre es un gran problema. Cuando la batería se carga durante mucho tiempo y alcanza el voltaje máximo, continuar conectándola a la fuente de alimentación forzará la carga de la batería, lo que generará calor interno. Supongamos que la batería se mantiene aislada durante mucho tiempo en el estado de carga. En ese caso, la temperatura aumentará gradualmente y se acumulará energía térmica, lo que puede hacer que la batería se incendie.
Material de la batería
La preparación del material también juega un papel fundamental en la estabilidad térmica y estructural de la batería. Hay óxido de hierro dentro del fosfato de hierro y litio, por lo que el elemento de hierro en la batería debe ser divalente. Los fabricantes de baterías deben tener especial cuidado durante la reacción de sinterización.
Área de almacenamiento de batería
Cuando se carga la batería, inevitablemente se generará una pequeña cantidad de calor, pero asegúrese de que el área donde se coloca la batería no sea inflamable para evitar accidentes. Incluso el más mínimo calor puede hacer que el sitio se incendie si la batería se carga en una región volátil.
El hecho de que las baterías de fosfato de hierro y litio “exploten” depende primero de si existen condiciones para una explosión en las escenas diarias. En términos generales, una explosión solo ocurrirá si se cumplen simultáneamente los cuatro estados de oxígeno suficiente, la concentración de sustancias combustibles que cumplen con el estándar, la fuente de ignición y el espacio limitado.
¿Cómo prevenir problemas con la batería?
Cargador adecuado
El uso de un cargador adecuado puede evitar efectivamente la sobrecarga de la batería. De acuerdo con el tipo de batería y el voltaje nominal, puede elegir el cargador provisto por el fabricante para evitar que su batería se sobrecargue y se caliente, y siempre asegúrese de que la batería esté en un estado de carga estable.
Temperatura adecuada
El almacenamiento de la batería también tiene requisitos específicos sobre la temperatura. El rango de temperatura óptimo es generalmente entre 15 °C y 30 °C, y este valor de temperatura cambia con el tiempo de almacenamiento. Además, después de un uso prolongado, la batería puede generar algo de calor. Asegúrese de cargar la batería después de que se haya enfriado.
Sistema de gestión de batería premium (BMS)
El sistema de administración de la batería puede administrar y mantener de manera inteligente cada unidad de batería, evitar que la batería se sobrecargue y se descargue en exceso, prolongar la vida útil de la batería y monitorear el estado de la batería.
Un buen BMS dejará de sobrecargarse y cargará cada batería individualmente. Un BMS puede detectar si una batería está dando lecturas inexactas o fallando, evitando cualquier explosión o incendio.
Fabricante de calidad
Las baterías de fosfato de hierro y litio producidas por fabricantes de alta calidad pueden mejorar significativamente la tasa de aprobación de la producción de baterías.
Para obtener las mejores soluciones de batería, asegúrese de consultar KHLiTech. KHLiTech es un fabricante de baterías de fosfato de hierro y litio que puede desarrollar, producir y vender de forma independiente, con el objetivo de proporcionar la mejor solución de almacenamiento de energía de batería integral para usuarios de todo el mundo.
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