Con il continuo miglioramento del tenore di vita delle persone, il pendolarismo da e per l'uscita dal lavoro è diventato gradualmente motorizzato. A causa della vigorosa promozione della politica carbon neutral del paese, quando le persone acquistano veicoli a nuova energia, devono scegliere tra le due tecnologie della batteria al litio ferro fosfato e della batteria al litio ternaria. Gli esperti del settore ci hanno detto: attribuire importanza alla durata della batteria, scegliere il sistema ternario per capacità e veicoli leggeri e scegliere il sistema al litio ferro fosfato per la sicurezza. A questo proposito, i consumatori sperano urgentemente che gli operatori del settore possano dare una risposta pratica dal punto di vista tecnico: la batteria al litio ferro fosfato è sicura? Innanzitutto, rispondi a tre aspetti: stabilità materiale/strutturale, processo di produzione e caratteristiche di carica e scarica.
Cos'è una batteria al litio ferro fosfato?
La batteria al litio ferro fosfato è una batteria agli ioni di litio che utilizza il litio ferro fosfato (LiFePO4) come materiale dell'elettrodo positivo e il carbonio come materiale dell'elettrodo negativo. Le batterie LFP hanno densità di energia inferiori rispetto ad altri tipi di batterie agli ioni di litio, come nichel-manganese-cobalto (NMC) e nichel-cobalto-alluminio (NCA), e funzionano a tensioni inferiori.
La sicurezza delle batterie al litio ferro fosfato
Il fosfato di ferro e litio è attualmente il materiale catodico più sicuro per le batterie agli ioni di litio. Non contiene elementi di metalli pesanti dannosi per il corpo umano. Non è facile far precipitare l'ossigeno nella sua struttura di olivina, che migliora la stabilità del materiale. La stabilità del materiale dell'elettrodo positivo di una batteria al litio ferro fosfato determina che ha una piattaforma di carica e scarica stabile. Pertanto, la struttura della batteria non cambierà durante la carica e la scarica, non brucerà ed esploderà ed è ancora molto sicura anche in condizioni speciali come cortocircuiti, sovraccarico, estrusione e agopuntura.
Vantaggi delle batterie al litio ferro fosfato
La batteria al litio ferro fosfato presenta i vantaggi di alta tensione di lavoro, alta densità di energia, lunga durata del ciclo, buone prestazioni di sicurezza, bassa velocità di autoscarica e nessun effetto memoria.
Applicazione della batteria al litio ferro fosfato
Le batterie al litio ferro fosfato sono ampiamente utilizzate nell'accumulo di energia domestica, nei sistemi di illuminazione solare, nell'uso su veicoli, nelle applicazioni fisse su larga scala e nell'alimentazione di riserva grazie al loro basso costo, elevata sicurezza, bassa tossicità e lunga durata.
Accumulo di energia domestica
A causa dei bassi costi di produzione e dell'elevata sicurezza antincendio, Enphase ha lanciato la batteria di accumulo domestica LFP. Nel 2021, il mercato degli utenti finali domestici aveva diversi fornitori, tra cui SonnenBatterie ed Enphase. Tesla Motors continua a utilizzare le celle NMC nei suoi prodotti di accumulo di energia domestica, ma nel 2021 è passata a LFP per i suoi prodotti a batteria su scala industriale.
Veicolo
quando i veicoli accelerano, come carrelli elevatori, biciclette e veicoli elettrici, richiedono batterie con tassi di scarica più elevati, peso ridotto e maggiore durata. Questi sono i vantaggi delle batterie al litio ferro fosfato. Batterie 12V LiFePO4 stanno diventando sempre più popolari e sono ampiamente utilizzate come batterie di backup (domestiche) per roulotte, camper o barche.
Sistema di illuminazione solare
L'illuminazione paesaggistica solare utilizza principalmente una singola batteria LFP "14500" (batteria AA).
La tensione operativa più alta (3.2 V) dell'LFP consente a una singola batteria di pilotare il LED senza circuiti per aumentare la tensione. La sua maggiore tolleranza al sovraccarico moderato (rispetto ad altri tipi di batterie al litio) significa anche che LiFePO4 può essere collegato a una cella fotovoltaica senza un circuito per interrompere il ciclo di carica.
Carica e scarica della batteria al litio ferro fosfato
La carica e la scarica sono i due stati operativi di base delle batterie al litio. Quando la batteria al litio ferro fosfato viene caricata e scaricata, poiché la capacità di ossidazione degli ioni di ferro non è forte, l'ossigeno non verrà rilasciato ed è naturalmente difficile subire reazioni redox con l'elettrolita, che rende la batteria al litio ferro fosfato carica e processo di scarico in un ambiente sicuro. Non solo, le batterie al litio ferro fosfato sono difficili da subire reazioni redox violente durante la scarica ad alta velocità, anche durante il sovraccarico e lo scaricamento. Allo stesso tempo, dopo che il litio è deintercato, il reticolo cristallino cambia in modo che il volume finale della cella unitaria (l'unità costituente più piccola del cristallo) si riduca, il che compensa l'aumento del volume dell'elettrodo di carbonio negativo durante la reazione. Pertanto, la batteria al litio ferro fosfato può essere caricata e scaricata. Viene mantenuta la stabilità della struttura fisica e viene eliminato il pericolo nascosto di esplosione della batteria causato dall'aumento di volume.
Il processo di produzione della batteria al litio ferro fosfato
Il processo di produzione delle batterie al litio ferro fosfato è più o meno lo stesso di quello di altre varietà di batterie al litio e i suoi processi principali includono il dosaggio, il rivestimento, la laminazione, la laminazione e l'avvolgimento. Nel processo di dosaggio, la conduttività elettrica del materiale di fosfato di ferro e litio è relativamente scarsa, quindi le particelle sono generalmente ridotte. L'effetto oggettivo di ciò è che la disposizione interna è più uniforme, il che favorisce la formazione di una piattaforma di tensione bilanciata che può essere mantenuta durante il lavoro. La condizione della batteria è stabile.
Le batterie al litio ferro fosfato sono inoltre progettate per essere altamente sicure per l'uso a temperature estreme:
•Fusibile di sicurezza integrato
•Copertura in acciaio antideflagrante
•Eccellente protezione da sovratemperatura
Inoltre, durante la fase di progettazione delle batterie al litio ferro fosfato, hanno riscontrato quanto segue:
•Test d'impatto
•Test di sovraccarico.
•Prova di cortocircuito
•Test a circuito aperto
•Test di temperatura
•Prova di caduta
•Prova di cortocircuito interno forzato
•Test di bassa tensione.
Solo dopo aver ottenuto risultati soddisfacenti le celle entrano nella produzione di massa.
Quanto sono più sicure le batterie al litio ferro fosfato rispetto ad altre batterie al litio?
Le batterie al fosfato hanno un'eccellente struttura chimica e meccanica che non si surriscalda a livelli pericolosi. Di conseguenza, la sicurezza è migliorata rispetto alle batterie agli ioni di litio realizzate con altri materiali catodici. Questo perché gli stati caricati e non caricati di LiFePO4 sono fisicamente simili e molto robusti, il che consente agli ioni di rimanere stabili durante il flusso di ossigeno che accompagna i cicli di carica o può fallire. Nel complesso, il legame di ossido di fosfato di ferro è più forte del legame di ossido di cobalto, quindi quando la batteria è sovraccarica o danneggiata fisicamente, il legame di ossido di fosfato rimane strutturalmente stabile; mentre in altre sostanze chimiche del litio, il legame inizia a rompersi e rilasciare troppo calore, portando infine alla fuga termica.
Le batterie al litio fosfato non sono infiammabili, una caratteristica importante se maneggiate male durante la carica o la scarica. Possono anche resistere a condizioni difficili, sia che si tratti di freddo, caldo torrido o terreno accidentato. Non esploderanno né prenderanno fuoco in un evento pericoloso come una collisione o un cortocircuito, riducendo significativamente la possibilità di lesioni. Il fosfato di ferro e litio può essere la scelta migliore se si sceglie una batteria al litio e si prevede l'uso in ambienti pericolosi o instabili. Vale anche la pena ricordare che le batterie al litio ferro fosfato sono atossiche, non inquinanti e non contengono metalli delle terre rare, il che le rende una scelta rispettosa dell'ambiente. Non esploderanno né prenderanno fuoco, riducendo significativamente la possibilità di lesioni.
Fattori che influenzano la sicurezza delle batterie al litio ferro fosfato?
Sebbene le batterie al litio ferro fosfato siano del tutto sicure se utilizzate regolarmente, in casi estremi possono comunque verificarsi alcuni incidenti. Di seguito sono riportati alcuni fattori che influiscono sulla batteria.
Sovrapprezzo
Indipendentemente dal tipo di batteria, il sovraccarico è sempre un grosso problema. Quando la batteria viene caricata a lungo e raggiunge la tensione massima, continuare a collegarsi all'alimentazione forzerà la carica della batteria, con conseguente generazione di calore interno. Supponiamo che la batteria venga mantenuta isolata per lungo tempo nello stato di carica. In tal caso, la temperatura aumenterà gradualmente e si accumulerà energia termica, che potrebbe causare l'incendio della batteria.
Materiale batteria
Anche la preparazione del materiale gioca un ruolo essenziale nella stabilità termica e strutturale della batteria. C'è ossido di ferro all'interno del fosfato di ferro e litio, quindi l'elemento di ferro nella batteria deve essere bivalente. I produttori di batterie devono prestare particolare attenzione durante la reazione di sinterizzazione.
Area di stoccaggio della batteria
Quando la batteria è carica, verrà inevitabilmente generata una piccola quantità di calore, ma assicurati che l'area in cui è posizionata la batteria non sia infiammabile per evitare incidenti. Anche il minimo calore può causare l'incendio del sito se la batteria viene caricata in una regione volatile.
Se le batterie al litio ferro fosfato "esploderanno" dipende innanzitutto dal fatto che ci siano le condizioni per un'esplosione nelle scene quotidiane. In generale, un'esplosione si verificherà solo se i quattro stati di ossigeno sufficiente, la concentrazione di sostanze combustibili che soddisfano lo standard, la fonte di accensione e lo spazio limitato sono soddisfatti contemporaneamente.
Come prevenire problemi alla batteria?
Caricabatterie adatto
L'uso di un caricabatterie adatto può efficacemente evitare di sovraccaricare la batteria. In base al tipo di batteria e alla tensione nominale, è possibile scegliere il caricabatterie fornito dal produttore per evitare il sovraccarico e il riscaldamento della batteria e assicurarsi sempre che la batteria sia in uno stato di carica stabile.
Temperatura adatta
Lo stoccaggio della batteria ha anche requisiti specifici sulla temperatura. L'intervallo di temperatura ottimale è generalmente compreso tra 15 °C e 30 °C e questo valore di temperatura cambia con il tempo di conservazione. Inoltre, dopo un uso prolungato, la batteria potrebbe generare calore. Assicurarsi di caricare la batteria dopo che si è raffreddata.
Sistema di gestione della batteria premium (BMS)
Il sistema di gestione della batteria può gestire e mantenere in modo intelligente ogni unità batteria, impedire il sovraccarico e lo scaricamento eccessivo della batteria, prolungare la durata della batteria e monitorare lo stato della batteria.
Un buon BMS smetterà di sovraccaricare e caricherà ogni batteria singolarmente. Un BMS è in grado di rilevare se una batteria fornisce letture imprecise o si guasta, prevenendo esplosioni o incendi.
Produttore di qualità
Le batterie al litio ferro fosfato prodotte da produttori di alta qualità possono migliorare significativamente il tasso di passaggio della produzione di batterie.
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