مقدمة موجزة عن بطارية ليثيوم فوسفات الحديد

1. تعريفبطارية ليثيوم فوسفات الحديد

تشير بطارية فوسفات الحديد الليثيوم إلى بطارية ليثيوم أيون باستخدام فوسفات الحديد الليثيوم كمادة قطب موجبة.

هناك العديد من أنواع مواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون ، بشكل رئيسي كوبالت الليثيوم ، منغنات الليثيوم ، نيكل الليثيوم ، المواد الثلاثية ، فوسفات الحديد الليثيوم ، وما إلى ذلك. بطاريات أيونات الليثيوم ، في حين أن مواد الكاثود الأخرى لا يتم إنتاجها بكميات كبيرة حاليًا في السوق لأسباب مختلفة. ليثيوم فوسفات الحديد هي أيضا واحدة من بطاريات ليثيوم أيون. من مبدأ المواد ، يعتبر فوسفات الحديد الليثيوم أيضًا عملية تقارب / إزالة intercalation. هذا المبدأ هو تمامًا مثل أكسيد الكوبالت الليثيوم ومنغنات الليثيوم.

يدخل فوسفات الحديد الليثيوم تدريجيًا إلى سوق بطاريات الليثيوم للطاقة بسبب مزايا السلامة ، وميزة دورة الحياة ، وتكلفة المواد.

2. مادة كاثود فوسفات الحديد الليثيوم

في عام 1997 ، أفاد AKPadhi للمرة الأولى أن فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) لديه وظيفة إزالة الليثيوم. تحتوي هذه المادة على مادة تداخل ليثيوم من نوع الفوسفات الليفي ، LiMPO4 (M: Mn ، Fe ، Co ، Ni) ، وأصبحت مادة كاثود واعدة جدًا لبطاريات أيونات الليثيوم. فوسفات الحديد الليثيوم كمادة قطب موجبة لبطاريات ليثيوم أيون لديها أداء كهروكيميائي جيد ، منصة الشحن والتفريغ مستقرة للغاية ، والهيكل مستقر أثناء عملية الشحن والتفريغ. في نفس الوقت ، المادة غير سامة ، وغير ملوثة ، ولها أداء سلامة جيد ، ويمكن استخدامها في بيئة ذات درجة حرارة عالية ، ولديها مجموعة واسعة من مصادر المواد الخام. وهي حاليًا نقطة ساخنة في صناعة البطاريات من أجل التطوير والبحث.

تحتوي هذه المادة على البنية البلورية الموضحة في الشكل أعلاه.

نطاق جهد التشغيل: 2.5 ~ 3.6V ، المنصة حوالي 3.3V ، وهي أقل من بطارية أكسيد الليثيوم 3.7 فولت من الكوبالت.

نظرًا لضعف الموصلية للمادة ، من الضروري غمس مادة الكربون الموصلة أو جزيئات المعادن الموصلة في جسيمات فوسفات الحديد الليثيوم ، أو طلاء سطح جسيمات فوسفات الحديد الليثيوم بمواد كربون موصلة لتحسين الموصلية الإلكترونية لل مواد؛ أو المنشطات مع أيونات معدنية لتحسين الموصلية. كثافة المواد منخفضة ، والقدرة النوعية لحجم البطارية منخفضة ، فقط 180 واط / لتر (يمكن أن يكون أكسيد الليثيوم الكوبالت أكثر من 400 واط / لتر). في مجال البطاريات الصغيرة ، تكون نفس حجم البطارية أقل من نصف سعة البطارية الحالية.

3. بطارية ليثيوم فوسفات الحديد ومزاياها وعيوبها

مزايا فوسفات الحديد الليثيوم:

1. السلامة. أداء السلامة من فوسفات الحديد الليثيوم هو الأفضل بين جميع المواد في الوقت الحاضر. بالطبع ، لديها نفس أداء السلامة مثل الفوسفات الأخرى. إذا كنت تستخدم فوسفات الحديد الليثيوم كبطارية ، فلا داعي للقلق بشأن مشكلة الانفجار.

2. استقرار عالي. بما في ذلك الشحن في درجات حرارة عالية ، واستقرار جيد للسعة ، وأداء تخزين جيد ، وما إلى ذلك. هذه هي أكبر ميزة ، وهي الأفضل بين جميع المواد المعروفة.

3. حماية البيئة. عملية الإنتاج بأكملها نظيفة وغير سامة. جميع المواد الخام غير سامة. على عكس الكوبالت مادة سامة.

4. الثمن رخيص. يستخدم الفوسفات مصدر حمض الفوسفوريك ومصدر الليثيوم ومصدر الحديد كمواد ، وهذه المواد رخيصة جدًا ولا توجد موارد استراتيجية وموارد نادرة.

مساوئ فوسفات الحديد الليثيوم:

1. ضعف الموصلية. هذه القضية هي القضية الأكثر أهمية. السبب وراء عدم استخدام فوسفات الحديد الليثيوم على نطاق واسع حتى وقت متأخر هو مشكلة كبيرة. ومع ذلك ، يمكن الآن حل هذه المشكلة بشكل مثالي: فهي إضافة C أو عوامل موصلة أخرى. يمكن أن تصل التقارير المختبرية إلى سعة محددة تبلغ 160 مللي أمبير / غرام أو أكثر. تمت إضافة مادة فوسفات الحديد الليثيوم التي تنتجها شركتنا مع عامل موصل أثناء عملية الإنتاج ، ولا تحتاج إلى إضافتها عند صنع البطارية. في الواقع ، يجب أن تكون المادة: LiFePO4 / C ، مثل هذه المواد المركبة.

2. كثافة الصنبور منخفضة. بشكل عام يمكن أن تصل فقط إلى 1.3-1.5 ، ويمكن القول أن كثافة الصنبور المنخفضة هي أكبر عيب في فوسفات الحديد الليثيوم. يحدد هذا النقص أنه ليس له ميزة في البطاريات الصغيرة مثل بطاريات الهاتف المحمول. على الرغم من أنها منخفضة التكلفة وأداء سلامة جيد واستقرار جيد وأوقات دورة عالية ، إذا كان الحجم كبيرًا جدًا ، فإنه لا يمكن إلا أن يحل محل أكسيد الليثيوم الكوبالت بكميات صغيرة. لن يكون هذا القصور بارزًا في بطاريات الطاقة. لذلك ، يستخدم فوسفات الحديد الليثيوم بشكل أساسي لصنع بطاريات الطاقة.

3. في الوقت الحاضر ، البحث والتطوير ليست متعمقة. التصنيع الحالي لفوسفات الحديد الليثيوم كمادة الكاثود ليست متفائلة. نظرًا لأنه تم تطويره في العامين الماضيين ، يجب مواصلة البحث في مختلف المجالات.

4. أخرى

في مجال بطاريات الطاقة ، بسبب مشاكل السلامة وارتفاع أسعار أكسيد الكوبالت الليثيوم ، كانت تحوم خارج باب بطاريات الطاقة ، ولم تدخل أبدًا بالكامل في مجال بطاريات الطاقة. الوضع الحالي هو أن كوبالت الليثيوم ومنغنات الليثيوم تستخدم في دفعات صغيرة. ومع ذلك ، بسبب عيوبها الكامنة ، لم يتم تسويقها بكميات كبيرة. المنتجات فقط في مرحلة الإنتاج التجريبي من دفعات صغيرة. حاليا ، تسويق تجاري واسع النطاق لا تزال هناك بعض الصعوبات التي لا يمكن التغلب عليها في التشغيل. في مجال بطاريات الطاقة ، تتمتع مواد الأقطاب الكهربائية الموجبة المستندة إلى حمض الفوسفوريك بعمر دورة طويل ، وأداء أمان ممتاز ، وأداء جيد في درجات الحرارة العالية ، وسعر منخفض للغاية ، وأداء درجة حرارة منخفضة وتفريغ معدل يمكن أن يصل بالفعل إلى مستوى أكسيد الليثيوم الكوبالت. تصبح مادة طاقة البطارية الواعدة ، وقد تصبح البديل الرئيسي لبطاريات النيكل والكادميوم في السنوات الخمس القادمة ، وستصبح منافسًا قويًا لبطاريات الرصاص الحمضية في السنوات العشر القادمة ، ويمكن استبدالها في السنوات العشرون القادمة أصبحت بطاريات الرصاص الحمضية مصدر الطاقة الرئيسي ، ومصدر الطاقة UPS ومصدر الطاقة الاحتياطي ، وأصبحت رائدة البطاريات الثانوية.

المشاكل الرئيسية لفوسفات الحديد الليثيوم هي القدرة المنخفضة ، وارتفاع تكلفة التصنيع ، والمعالجة الصعبة في إنتاج البطاريات (اللب ، الرسم ، الدرفلة والعمليات الأخرى تتطلب معالجة خاصة ، العديد من الشركات لا تستطيع التعامل معها بشكل جيد) معدل التفريغ غير مستقر (يتطلب عملية بطارية معينة التنسيق ، الذي يتأثر بشكل كبير بالعملية) والاتجاه الحالي لاستخدام الأجهزة الكهربائية هو التطوير المدمج ، وبالتالي فإن البطارية لديها نفس المتطلبات لكثافة طاقة عالية الحجم. من وجهة نظر القدرة ، فوسفات الحديد الليثيوم ليس له مستقبل. تتمتع بعض حقول البطارية بمزايا ، مثل بطاريات الطاقة.

يحتوي فوسفات الحديد الليثيوم على كثافة صنبور منخفضة ومساحة كبيرة محددة. من الضروري تغيير التقنية المتقدمة للبطارية ، وكثافة سطح قطعة عمود البطارية منخفضة ، وبالتالي تقل سعة نفس النوع من البطارية.

يحتاج الإلكتروليت أيضًا إلى إعادة تطوير نظام إلكتروليت مناسب ، ومن الصعب ممارسة أدائه مع الإلكتروليت الناضج الحالي.

بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن نطاق جهد التشغيل لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم هو 2.5 إلى 3.6 فولت ، والمنصة حوالي 3.3 فولت ، لا توجد دائرة حماية كبيرة وشاحن ، فمن الصعب ممارسة خصائصها على المعدات الإلكترونية الحاليةent ، وكل ما هو مطلوب هو تكامل الصناعة.