С непрерывным повышением уровня жизни людей поездки на работу и обратно постепенно стали моторизованными. Из-за энергичного продвижения политики нейтрального выброса углерода в стране, когда люди покупают новые энергетические автомобили, им приходится выбирать между двумя технологиями: литий-железо-фосфатной батареей и тройной литиевой батареей. Инсайдеры отрасли сказали нам: чтобы придать большое значение сроку службы батареи, выберите тройную систему для емкости и легких транспортных средств и выберите систему литий-железо-фосфат для безопасности. В связи с этим потребители очень надеются, что представители отрасли смогут дать практический ответ с технической точки зрения: безопасны ли литий-железо-фосфатные батареи? Во-первых, ответьте по трем аспектам: стабильность материала/структуры, производственный процесс и характеристики заряда и разряда.
Что такое литий-железо-фосфатный аккумулятор?
Литий-железо-фосфатный аккумулятор — это литий-ионный аккумулятор, в котором в качестве материала положительного электрода используется литий-железо-фосфат (LiFePO4), а в качестве материала отрицательного электрода — углерод. Аккумуляторы LFP имеют более низкую плотность энергии, чем другие типы литий-ионных аккумуляторов, такие как никель-марганцево-кобальтовые (NMC) и никель-кобальтово-алюминиевые (NCA), и работают при более низких напряжениях.
Безопасность литий-железо-фосфатных аккумуляторов
Фосфат лития-железа в настоящее время является самым безопасным катодным материалом для литий-ионных аккумуляторов. Он не содержит тяжелых металлов, вредных для человеческого организма. Нелегко осаждать кислород в структуре оливина, что повышает стабильность материала. Стабильность материала положительного электрода литий-железо-фосфатной батареи определяет, что она имеет стабильную платформу для зарядки и разрядки. Таким образом, структура батареи не изменится во время зарядки и разрядки, она не сгорит и не взорвется и по-прежнему очень безопасна даже в особых условиях, таких как короткое замыкание, перезарядка, экструзия и иглоукалывание.
Преимущества литий-железо-фосфатных аккумуляторов
Литий-железо-фосфатная батарея имеет преимущества высокого рабочего напряжения, высокой плотности энергии, длительного срока службы, хороших показателей безопасности, низкой скорости саморазряда и отсутствия эффекта памяти.
Применение литий-железо-фосфатной батареи
Литий-железо-фосфатные батареи широко используются в домашних накопителях энергии, в системах солнечного освещения, в транспортных средствах, в стационарных приложениях коммунального масштаба и в резервном питании из-за их низкой стоимости, высокой безопасности, низкой токсичности и длительного срока службы.
Домашнее хранилище энергии
Благодаря низкой себестоимости производства и высокой пожарной безопасности компания Enphase выпустила на рынок бытовую аккумуляторную батарею LFP. В 2021 году на рынке домашних конечных пользователей было несколько поставщиков, включая SonnenBatterie и Enphase. Tesla Motors продолжает использовать элементы NMC в своих домашних продуктах для хранения энергии, но в 2021 году перешла на LFP для своих аккумуляторов для коммунальных предприятий.
Средство передвижения
при ускорении транспортных средств, таких как вилочные погрузчики, велосипеды и электромобили, требуются батареи с более высокой скоростью разряда, меньшим весом и более длительным сроком службы. Это преимущества литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Аккумуляторы LiFePO12 4 В становятся все более популярными и широко используются в качестве резервных (бытовых) аккумуляторов для караванов, автодомов или лодок.
Солнечная система освещения
В солнечном ландшафтном освещении в основном используется одна батарея LFP «14500» (размер батареи AA).
Более высокое (3.2 В) рабочее напряжение LFP позволяет одной батарее питать светодиод без схемы для повышения напряжения. Его повышенная устойчивость к умеренному перезаряду (по сравнению с другими типами литиевых батарей) также означает, что LiFePO4 можно подключать к фотогальваническому элементу без цепи, останавливающей цикл зарядки.
Зарядка и разрядка литий-железо-фосфатного аккумулятора
Зарядка и разрядка — два основных рабочих состояния литиевых аккумуляторов. Когда литий-железо-фосфатная батарея заряжается и разряжается, из-за того, что окислительная способность ионов железа невелика, кислород не будет выделяться, и, естественно, возникают окислительно-восстановительные реакции с электролитом, что заставляет литий-железо-фосфатную батарею заряжаться и процесс разрядки в безопасных условиях. Мало того, литий-железо-фосфатные батареи трудно подвергаться бурным окислительно-восстановительным реакциям при быстром разряде, даже при перезарядке и разрядке. В то же время после деинтеркалирования лития кристаллическая решетка изменяется так, что конечный объем элементарной ячейки (наименьшая составляющая единица кристалла) будет уменьшаться, что компенсирует увеличение объема отрицательного углеродного электрода в ходе реакции. Таким образом, литий-железо-фосфатный аккумулятор можно заряжать и разряжать. Стабильность физической структуры сохраняется, а скрытая опасность взрыва батареи, вызванная увеличением объема, устраняется.
Процесс производства литий-железо-фосфатной батареи
Процесс производства литий-железо-фосфатных аккумуляторов примерно такой же, как и у других разновидностей литиевых аккумуляторов, и его основные процессы включают в себя пакетирование, нанесение покрытия, прокатку, листовое покрытие и намотку. В процессе дозирования электропроводность литий-железо-фосфатного материала относительно низкая, поэтому частицы обычно делаются меньше. Объективным эффектом этого является то, что внутреннее устройство становится более однородным, что способствует формированию платформы сбалансированного напряжения, которую можно поддерживать во время работы. Состояние батареи стабильное.
Литий-железо-фосфатные батареи также разработаны с учетом высокой безопасности при использовании при экстремальных температурах:
• Встроенный предохранитель
• Взрывозащищенный стальной кожух
• Отличная защита от перегрева
Кроме того, на этапе проектирования литий-железо-фосфатных аккумуляторов они испытали следующее:
• Испытание на удар
• Тест на перезарядку.
• Испытание на короткое замыкание
• Тест на разомкнутую цепь
• Температурный тест
•Завалить тест
• Принудительное внутреннее короткое замыкание
• Испытание низким напряжением.
Только после получения удовлетворительных результатов клетки поступают в массовое производство.
Насколько безопаснее литий-железо-фосфатные батареи, чем другие литиевые батареи?
Фосфатные аккумуляторы имеют превосходную химическую и механическую структуру, которая не перегревается до опасного уровня. В результате повышается безопасность по сравнению с литий-ионными батареями, изготовленными из других материалов катода. Это связано с тем, что заряженное и незаряженное состояния LiFePO4 физически схожи и очень устойчивы, что позволяет ионам оставаться стабильными во время потока кислорода, который сопровождает циклы зарядки или может выйти из строя. В целом связь фосфат-оксид железа прочнее, чем связь оксид-кобальт, поэтому, когда батарея перезаряжена или физически повреждена, связь фосфат-оксид остается структурно стабильной; тогда как в других химических веществах лития связь начинает разрушаться и выделять слишком много тепла, что в конечном итоге приводит к тепловому разгону.
Литий-фосфатные батареи не воспламеняются, что является важной характеристикой при неправильном обращении во время зарядки или разрядки. Они также могут выдерживать суровые условия, будь то холод, палящий зной или пересеченная местность. Они не взорвутся и не загорятся в случае опасного события, такого как столкновение или короткое замыкание, что значительно снижает вероятность травм. Литий-железо-фосфат может быть вашим лучшим выбором, если вы выбираете литиевую батарею и планируете использовать ее в опасных или нестабильных условиях. Также стоит отметить, что литий-железо-фосфатные батареи нетоксичны, не загрязняют окружающую среду и не содержат редкоземельных металлов, что делает их экологически безопасным выбором. Они не взорвутся и не загорятся, что значительно снижает вероятность получения травмы.
Факторы, влияющие на безопасность литий-железо-фосфатных аккумуляторов?
Несмотря на то, что литий-железо-фосфатные батареи полностью безопасны при регулярном использовании, в экстремальных случаях все же могут произойти некоторые несчастные случаи. Ниже приведены некоторые факторы, влияющие на аккумулятор.
перезарядка
Независимо от типа батареи перезарядка всегда является большой проблемой. Когда батарея заряжается в течение длительного времени и достигает максимального напряжения, продолжение подключения к источнику питания заставит батарею заряжаться, что приведет к внутреннему выделению тепла. Предположим, аккумулятор в течение длительного времени хранится изолированным в состоянии зарядки. В этом случае температура будет постепенно повышаться, а тепловая энергия будет накапливаться, что может привести к возгоранию батареи.
Материал батареи
Подготовка материала также играет важную роль в термической и структурной стабильности батареи. Внутри фосфата лития-железа находится оксид железа, поэтому элемент железа в батарее должен быть двухвалентным. Производители аккумуляторов должны проявлять особую осторожность во время реакции спекания.
Зона хранения аккумуляторов
Когда батарея заряжается, неизбежно выделяется небольшое количество тепла, но во избежание несчастных случаев убедитесь, что место, где находится батарея, не воспламеняется. Даже малейшее нагревание может привести к возгоранию объекта, если батарея заряжается в нестабильных условиях.
Будут ли литий-железо-фосфатные батареи «взорваться», зависит в первую очередь от того, есть ли условия для взрыва в повседневных сценах. Вообще говоря, взрыв произойдет только при одновременном соблюдении четырех состояний достаточного количества кислорода, концентрации горючих веществ, соответствующих стандарту, источника воспламенения и ограниченного пространства.
Как предотвратить проблемы с аккумулятором?
Подходящее зарядное устройство
Использование подходящего зарядного устройства может эффективно избежать перезарядки аккумулятора. В зависимости от типа батареи и номинального напряжения вы можете выбрать зарядное устройство, предоставленное производителем, чтобы предотвратить перезарядку и нагрев батареи, а также всегда следить за тем, чтобы батарея находилась в стабильном состоянии заряда.
Соответствующая температура
Хранение аккумуляторов также имеет особые требования к температуре. Оптимальный температурный диапазон обычно составляет от 15 °C до 30 °C, и это значение температуры меняется в зависимости от времени хранения. Кроме того, после длительного использования батарея может нагреваться. Обязательно заряжайте батарею после того, как она остынет.
Премиальная система управления батареями (BMS)
Система управления батареями может интеллектуально управлять и обслуживать каждую батарею, предотвращать перезарядку и чрезмерную разрядку батареи, продлевать срок службы батареи и контролировать состояние батареи.
Хорошая BMS остановит перезарядку и зарядит каждую батарею отдельно. BMS может определить, дает ли батарея неточные показания или выходит из строя, предотвращая взрыв или пожар.
Производитель качества
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы, выпускаемые качественными производителями, позволяют значительно повысить пропускную способность производства аккумуляторов.
Чтобы узнать о лучших решениях для аккумуляторов, обязательно ознакомьтесь с КХЛиТех. KHLiTech является производителем литий-железо-фосфатных аккумуляторов, который может самостоятельно разрабатывать, производить и продавать, стремясь предоставить лучшее универсальное решение для хранения энергии аккумуляторов для пользователей по всему миру.
Если вы хотите узнать больше о литий-железо-фосфатных батареях, пожалуйста, Контакты. Мы будем рады оказать Вам профессиональную помощь.
