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詳解磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的優(yōu)缺點(diǎn)--文章來(lái)源：高工鋰電網(wǎng)

概述： 磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池,。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰,、錳酸鋰、鎳酸鋰,、三元材料,、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料,。

一,、八大優(yōu)勢(shì)

1.安全性能的改善
 
　　磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解,，即便在高溫或過(guò)充時(shí)也不會(huì)像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì),，因此擁有良好的安全性。有報(bào)告指出,，實(shí)際操作中針刺或短路實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有小部分樣品出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象,，但未出現(xiàn)一例爆炸事件，而過(guò)充實(shí)驗(yàn)中使用大大超出自身放電電壓數(shù)倍的高電壓充電,，發(fā)現(xiàn)依然有爆炸現(xiàn)象,。雖然如此，其過(guò)充安全性較之普通液態(tài)電解液鈷酸鋰電池,，已大有改善,。

2.壽命的改善
 
　　磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。
 
　　長(zhǎng)壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右,，zui高也就500次
 
　　磷酸鐵鋰電池
 
　　,，而磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上,，標(biāo)準(zhǔn)充電(5小時(shí)率)使用,，可達(dá)到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年,、舊半年,、維護(hù)維護(hù)又半年”，zui多也就1~1.5年時(shí)間,，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用,，理論壽命將達(dá)到7~8年。綜合考慮，性能價(jià)格比理論上為鉛酸電池的4倍以上,。大電流放電可大電流2C快速充放電,，在充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿,，起動(dòng)電流可達(dá)2C,而鉛酸電池?zé)o此性能,。
 
　　3.高溫性能好
 
　　磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣(-20C-- 75C),，有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右,。
 
　　4.大容量
 
　　具有比普通電池(鉛酸等)更大的容量。H-1000AH(單體)
 
　　5.無(wú)記憶效應(yīng)
 
　　可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作,，容量會(huì)迅速低于額定容量值,，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像鎳氫,、鎳鎘電池存在記憶性,，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài),，可隨充隨用,，無(wú)須先放完再充電。
 
　　6.重量輕
 
　　同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3,，重量是鉛酸電池的1/3,。
 
　　7.環(huán)保
 
　　磷酸鐵鋰電池一般被認(rèn)為是不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬)，無(wú)毒(SGS認(rèn)證通過(guò)),，無(wú)污染,，符合歐洲RoHS規(guī)定，為的綠色環(huán)保電池證,。所以鋰電池之所以被業(yè)界看好,，主要是環(huán)保考量,，因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國(guó)家高科技發(fā)展計(jì)劃,，成為國(guó)家重點(diǎn)支持和鼓勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)目。隨著中國(guó)加入WTO,，中國(guó)電動(dòng)自行車(chē)的出口量將迅速增大,，而進(jìn)入歐美的電動(dòng)自行車(chē)已要求配備無(wú)污染電池。
 
　　但有專(zhuān)家表示,，鉛酸電池造成的環(huán)境污染，主要發(fā)生在企業(yè)不規(guī)范的生產(chǎn)過(guò)程和回收處理環(huán)節(jié),。同理,，鋰電池屬于新能源行業(yè)不錯(cuò)，但它也不能避免重金屬污染的問(wèn)題。金屬材料加工中有鉛,、砷,、鎘、汞,、鉻等都有可能會(huì)釋放到灰塵和水中,。電池本身就是一種化學(xué)物質(zhì)，所以有可能會(huì)產(chǎn)生兩種污染：一是生產(chǎn)工程中的工藝排泄物污染,；二是報(bào)廢以后的電池污染,。
 
　　磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn)：例如低溫性能差，正極材料振實(shí)密度小,，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池,，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢(shì)。而用于動(dòng)力電池時(shí),，磷酸鐵鋰電池和其他電池一樣,，需要面對(duì)電池一致性問(wèn)題。
 
　　8.動(dòng)力電池的對(duì)比
 
　　目前zui有希望應(yīng)用于動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料主要有改性錳酸鋰(LiMn2O4),、磷酸鐵鋰(LiFePO4)和鎳鈷錳酸鋰(Li(Ni,Co,Mn)O2)三元材料,。鎳鈷錳酸鋰三元材料由于鈷的資源缺乏與鎳、鈷成高和價(jià)格波動(dòng)大等原因,，普遍認(rèn)為很難成為電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力型鋰離子電池的主流,，但可以與尖晶石錳酸鋰在一定范圍內(nèi)混合使用。
 
　　行業(yè)應(yīng)用
 
　　涂碳鋁箔為鋰電產(chǎn)業(yè)帶來(lái)技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)提升
 
　　提升鋰電產(chǎn)品性能,，改善放電倍率[1]
 
　　隨著國(guó)內(nèi)電池廠商對(duì)電池性能要求的日益提高,，國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同新能源電池材料：導(dǎo)電材料&導(dǎo)電涂層鋁箔/銅箔。
 
　　其優(yōu)勢(shì)在于：在處理電池材料的時(shí)候,，常擁有高倍率充放電性能好,，較大比容量，但循環(huán)穩(wěn)定性較差,，衰減較為嚴(yán)重等原因,，不得不做取舍放棄。
 
　　這是個(gè)神奇的涂層,，將電池的性能提高,，帶入新紀(jì)元。
 
　　導(dǎo)電涂層是由分散好的納米導(dǎo)電石墨包覆顆粒等所組成,。它能提供的靜態(tài)導(dǎo)電性能,，是一層保護(hù)能量吸收層。它也能提供好的遮蓋防護(hù)性能,。涂層有水性的和溶劑性的,，能應(yīng)用在鋁片,，銅片，不銹鋼,，鋁和鈦雙極板上,。
 
　　涂碳涂層對(duì)鋰電池的性能帶來(lái)以下提升
 
　　1. 降低電池內(nèi)阻，抑制充放電循環(huán)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻增幅,；
 
　　2. 顯著提高電池組的一致性,，降低電池組成本；
 
　　3. 提高活性材料和集流體的粘接附著力,，降低極片制造成本,；
 
　　4. 減小極化，提高倍率性能,，減低熱效應(yīng),；
 
　　5. 防止電解液對(duì)集流體的腐蝕；
 
　　6. 綜合因子進(jìn)而延長(zhǎng)電池使用壽命,。
 
　　7. 涂層厚度：常規(guī)單面厚1～3靘,。
 
日本和韓國(guó)近幾年主要開(kāi)發(fā)以改性錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰三元材料為正極材料的動(dòng)力型鋰離子電池，如豐田和松下合資成立的Panasonic EV能源公司,、日立,、索尼、新神戶電機(jī),、NEC,、三洋電機(jī)、三星以及LG等,。
 
美國(guó)主要開(kāi)發(fā)以磷酸鐵鋰為正極材料的動(dòng)力型鋰離子電池,，如A123系統(tǒng)公司、Valence公司,，但美國(guó)的主要汽車(chē)廠家在其PHEV與EV中卻選擇錳基正極材料體系動(dòng)力型鋰離子電池,，并且據(jù)說(shuō)美國(guó)A123公司在考慮進(jìn)軍錳酸鋰材料領(lǐng)域，而德國(guó)等歐洲國(guó)家主要采取和其它國(guó)家電池公司合作的方式發(fā)展電動(dòng)汽車(chē),，如戴姆勒奔馳和法國(guó)Saft聯(lián)盟,、德國(guó)大眾與日本三洋協(xié)議合作等。目前德國(guó)的大眾汽車(chē)和法國(guó)的雷諾汽車(chē)在本國(guó)政府的支持下也正在研發(fā)和生產(chǎn)動(dòng)力型鋰離子電池,。

二,、缺點(diǎn)
 
　　一種材料是否具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Γ岁P(guān)注其優(yōu)點(diǎn)外,，更為關(guān)鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷,。
 
　　國(guó)內(nèi)現(xiàn)在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料，從政府,、科研機(jī)構(gòu),、企業(yè)甚至是證券公司等市場(chǎng)分析員都看好這一材料,，將其作為動(dòng)力型鋰離子電池的發(fā)展方向。分析其原因,，主要有下列兩點(diǎn)：首先是受到美國(guó)研發(fā)方向的影響，美國(guó)Valence與A123公司zui早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料,。其次是國(guó)內(nèi)一直沒(méi)有制備出可供動(dòng)力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲(chǔ)存性能的錳酸鋰材料,。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷，歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：
 
　　1,、在磷酸鐵鋰制備時(shí)的燒結(jié)過(guò)程中,，氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會(huì)引起電池的微短路,，是電池中zui忌諱的物質(zhì),。這也是日本一直不將該材料作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料的主要原因。
 
　　2,、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,，如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低,。低溫性能較差,，即使將其納米化和碳包覆也沒(méi)有解決這一問(wèn)題。美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)能系統(tǒng)中心主任Don Hillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時(shí)候,，他用terrible來(lái)形容,，他們對(duì)磷酸鐵鋰型鋰離子電池測(cè)試結(jié)果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下(0℃以下)無(wú)法使電動(dòng)汽車(chē)行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯(cuò),，但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下,。在這種狀況下，設(shè)備根本就無(wú)法啟動(dòng)工作,。
 
　　3,、材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低,，一致性差,。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學(xué)性能，但是也帶來(lái)了其它問(wèn)題,，如能量密度的降低,、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對(duì)環(huán)境要求苛刻等問(wèn)題,。盡管磷酸鐵鋰中的化學(xué)元素Li,，F(xiàn)e與P很豐富，成本也較低,，但是制備出的磷酸鐵鋰產(chǎn)品成本并不低,，即使去掉前期的研發(fā)成本,，該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本，會(huì)使得zui終單位儲(chǔ)能電量的成本較高,。
 
　　4,、產(chǎn)品一致性差。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決這一問(wèn)題,。從材料制備角度來(lái)說(shuō),，磷酸鐵鋰的合成反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)，有固相磷酸鹽,、鐵的氧化物以及鋰鹽,，外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。在這一復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程中,，很難保證反應(yīng)的一致性,。
 
　　5、知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題,。zui早的有關(guān)磷酸鐵鋰申請(qǐng)?jiān)?993年6月25日由F X MITTERMAIER & SOEHNE OHG (DE)獲得,，并于同年8月19日公布申請(qǐng)結(jié)果。磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)被美國(guó)德州大學(xué)所有,，而碳包覆被加拿大人所申請(qǐng),。這兩個(gè)基礎(chǔ)性是無(wú)法繞過(guò)去的，如果成本中計(jì)算上使用費(fèi)的話,，那產(chǎn)品成本將會(huì)進(jìn)一步提高,。
 
　　此外，從研發(fā)和生產(chǎn)鋰離子電池的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,，日本是鋰離子電池zui早商業(yè)化的國(guó)家,，并且一直占據(jù)著鋰離子電池市場(chǎng)。而美國(guó)盡管在一些基礎(chǔ)研究上,，但是到目前為止還沒(méi)有一家大型鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè),。因此，日本選擇改性錳酸鋰作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料更有其道理,。即使是在美國(guó),，利用磷酸鐵鋰和錳酸鋰作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料的廠家也是各占一半，聯(lián)邦政府也是同時(shí)支持這兩種體系的研發(fā),。鑒于磷酸鐵鋰存在的上述問(wèn)題,，很難作為動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料在新能源汽車(chē)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。如果能夠解決錳酸鋰存在的高溫循環(huán)與儲(chǔ)存性能差的難題,，憑借其低成本與高倍率性能的優(yōu)勢(shì),，在動(dòng)力型鋰離子電池中的應(yīng)用將有巨大的潛力。

三,、工作原理
 
　　磷酸鐵鋰電池的全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池,，這名字太長(zhǎng),，簡(jiǎn)稱為磷酸鐵鋰電池。由于它的性能特別適于作動(dòng)力方面的應(yīng)用,，則在名稱中加入“動(dòng)力”兩字,，即磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。也有人把它稱為“鋰鐵(LiFe)動(dòng)力電池”,。
 
　　1.意義
 
　　金屬交易市場(chǎng),，鈷(Co)zui貴，并且存儲(chǔ)量不多,，鎳(Ni)、錳(Mn)較便宜,，而鐵(Fe)*,。正極材料的價(jià)格也與這些金屬的價(jià)格行情一致。因此,，采用LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應(yīng)是*的,。它的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
 
　　作為充電電池的要求是：容量高,、輸出電壓高,、良好的充放電循環(huán)性能、輸出電壓穩(wěn)定,、能大電流充放電,、電化學(xué)穩(wěn)定性能、使用中安全(不會(huì)因過(guò)充電,、過(guò)放電及短路等操作不當(dāng)而引起燃燒或爆炸),、工作溫度范圍寬、無(wú)毒或少毒,、對(duì)環(huán)境無(wú)污染,。采用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰電池在這些性能要求上都不錯(cuò)，特別在大放電率放電(5～10C放電),、放電電壓平穩(wěn)上,、安全上(不燃燒、不爆炸),、壽命上(循環(huán)次數(shù)),、對(duì)環(huán)境無(wú)污染上，它是的,，是目前的大電流輸出動(dòng)力電池,。
 
　　2.結(jié)構(gòu)與工作原理
 
　　LiFePO4電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 
　　LiFePO4作為電池的正極,，由鋁箔與電池正極連接,，中間是聚合物的隔膜,，它把正極與負(fù)極隔開(kāi)，但鋰離子Li 可以通過(guò)而電子e-不能通過(guò),，右邊是由碳(石墨)組成的電池負(fù)極,，由銅箔與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì),，電池由金屬外殼密閉封裝,。

圖1 LiFePO4電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)

LiFePO4電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li 通過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移,；在放電過(guò)程中,，負(fù)極中的鋰離子Li 通過(guò)隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時(shí)來(lái)回遷移而命名的,。 

3.主要性能
 
　　LiFePO4電池的標(biāo)稱電壓是3.2V,、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V,。由于各個(gè)生產(chǎn)廠家采用的正,、負(fù)極材料、電解質(zhì)材料的質(zhì)量及工藝不同,，其性能上會(huì)有些差異,。例如同一種型號(hào)(同一種封裝的標(biāo)準(zhǔn)電池)，其電池的容量有較大差別(10%～20%),。
 
　　磷酸鐵鋰動(dòng)力電池主要性能列于表1,。為了與其他可充電電池的相比較，也在表中列出其他種類(lèi)可充電電池性能,。這里要說(shuō)明的是,，不同工廠生產(chǎn)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在各項(xiàng)性能參數(shù)上會(huì)有一些差別；另外,，有一些電池性能未列入,，如電池內(nèi)阻、自放電率,、充放電溫度等,。
 
　　表1 磷酸鐵鋰動(dòng)力電池主要性能參數(shù)
 
　　磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的容量有較大差別，可以分成三類(lèi)：小型的零點(diǎn)幾到幾毫安時(shí),、中型的幾十毫安時(shí),、大型的幾百毫安時(shí)。不同類(lèi)型電池的同類(lèi)參數(shù)也有一些差異,。這里再介紹一種目前應(yīng)用較廣的小型標(biāo)準(zhǔn)圓柱形封裝的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的參數(shù),。其外廓尺寸：直徑為18mm、高650mm(型號(hào)為18650)，其參數(shù)性能如表2所示,。
 
　　表2 小型標(biāo)準(zhǔn)圓柱形封裝的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的參數(shù)
 
　　4.過(guò)放電到零電壓試驗(yàn)
 
　　采用STL18650(1100mAh)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池做過(guò)放電到零電壓試驗(yàn),。試驗(yàn)條件：用0.5C充電率將1100mAh的STL18650電池充滿，然后用1.0C放電率放電到電池電壓為0C,。再將放到0V的電池分兩組：一組存放7天,，另一組存放30天；存放到期后再用0.5C充電率充滿,，然后用1.0C放電,。zui后比較兩種零電壓存放期不同的差別。
 
　　試驗(yàn)的結(jié)果是,，零電壓存放7天后電池?zé)o泄漏,，性能良好，容量為100%,；存放30天后,，無(wú)泄漏、性能良好,，容量為98%；存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán),，容量又恢復(fù)到100%,。
 
　　這試驗(yàn)說(shuō)明該電池即使出現(xiàn)過(guò)放電(甚至到0V)，并存放一定時(shí)間,，電池也不泄漏,、損壞。這是其他種類(lèi)鋰離子電池不具有的特性,。
 
　　四,、特點(diǎn)
 
　　通過(guò)上述介紹，LiFePO4電池可歸納下述特點(diǎn),。
 
　　率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C,、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電(10S)可達(dá)20C,；
 
　　高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃,，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池的結(jié)構(gòu)安全,、完好,；
 
　　即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒,、不爆炸,、安全性；
 
　　*的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán),，其放電容量仍大于95%,；
 
　　過(guò)放電到零伏也無(wú)損壞；
 
　　可快速充電,；
 
　　低成本,；
 
　　無(wú)記憶效應(yīng)：可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會(huì)迅速低于額定容量值,，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng),。鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性,，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象,，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用,，無(wú)須先放完再充電,。
 
　　體積小、重量輕,，同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的1/3,，重量是鉛酸電池的1/3。
 
　　對(duì)環(huán)境無(wú)污染,，該電池不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬),，無(wú)毒(SGS認(rèn)證通過(guò))，無(wú)污染,，符合歐洲ROHS規(guī)定,，為的綠色環(huán)保電池。鉛酸電池中卻存在著大量的鉛,，在廢棄后若處理不當(dāng),，仍將對(duì)環(huán)境形成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無(wú)論在生產(chǎn)及使用過(guò)程中,，均無(wú)污染,。。
 
　　五,、應(yīng)用
 
　　由于磷酸鐵鋰動(dòng)力電池具有上述特點(diǎn),，并且生產(chǎn)出各種不同容量的電池，很快得到廣泛地應(yīng)用,。它主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
 
　　大型電動(dòng)車(chē)輛：公交車(chē),、電動(dòng)汽車(chē)、景點(diǎn)游覽車(chē)及混合動(dòng)力車(chē)等,；
 
　　輕型電動(dòng)車(chē)：電動(dòng)自行車(chē),、高爾夫球車(chē)、小型平板電瓶車(chē)、鏟車(chē),、清潔車(chē),、電動(dòng)輪椅等；
 
　　電動(dòng)工具：電鉆,、電鋸,、割草機(jī)等；
 
　　遙控汽車(chē),、船,、飛機(jī)等玩具；
 
　　太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備,；
 
　　UPS及應(yīng)急燈,、警示燈及礦燈(安全性)；
 
　　替代照相機(jī)中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池(尺寸*相同),；
 
　　小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等,。
 
　　這里舉一個(gè)用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池替代鉛酸電池的應(yīng)用實(shí)例。采用36V/10Ah(360Wh)的鉛酸電池,，其重量12kg,，充一次電可行走約50km，充電次數(shù)約100次,，使用時(shí)間約1年,。若采用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，采用同樣的360Wh能量(12個(gè)10Ah電池串聯(lián)組成),，其重量約4kg,，充電一次可行走80km左右,，充電次數(shù)可達(dá)1000次,，使用壽命可達(dá)3～5年。雖然說(shuō)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的價(jià)格較鉛酸電池高得多,，但總的經(jīng)濟(jì)效果還是采用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池更好,，并且在使用上更輕便。[1]
 
　　六,、電池性能
 
　　鋰離子動(dòng)力電池的性能主要取決于正負(fù)極材料,，磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月,。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無(wú)法相比的,，這些也正是動(dòng)力電池zui重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次,。單節(jié)電池過(guò)充電壓30V不燃燒,，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用。以滿足電動(dòng)車(chē)頻繁充放電的需要,。具有無(wú)毒,、無(wú)污染、安全性能好,、原材料來(lái)源廣泛,、價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),，是新一代鋰離子電池的理想正極材料,。
 
　　本項(xiàng)目屬于*項(xiàng)目中功能性能源材料的開(kāi)發(fā)，是國(guó)家“863”計(jì)劃,、“973”計(jì)劃和“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)支持的領(lǐng)域,。
 
　　鋰離子電池的正極為磷酸鐵鋰材料，其安全性能與循環(huán)壽命有較大優(yōu)勢(shì),，這些也正是動(dòng)力電池zui重要的技術(shù)指標(biāo)之一,。1C充放循環(huán)壽命可做到2000次，穿刺不爆炸,，過(guò)充時(shí)不容易燃燒和爆炸,。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易并串聯(lián)使用。[2]
 
　　七,、科研應(yīng)用
 
　　zui近,，有關(guān)新型電池取得進(jìn)展、有望取代傳統(tǒng)鋰電池的報(bào)道接連不,，讓我們看到了手機(jī),、平板擁有更長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間的希望，不過(guò)可惜大部分都停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段,，何時(shí)乃至能否大規(guī)模投入商用都不好說(shuō),。2012年8月，新能源公司Deboch TEC.GmbH又帶來(lái)了一種更接近現(xiàn)實(shí)的新能源技術(shù)：含鐵的鋰電池,。
 
　　Deboch TEC.GmbH公布的磷酸鐵鋰電池技術(shù)白皮書(shū)顯示,，在使用復(fù)合納米材料后，單節(jié)32650規(guī)格(直徑32mm/長(zhǎng)度65mm)電芯的能量密度能夠提升到6000mAh,，與當(dāng)前業(yè)界32650規(guī)格單節(jié)5000mAh的規(guī)格相比,，同等體積提升了足足1000mAh，也就是20%之多,，1節(jié)就能給iPhone 4S手機(jī)反復(fù)充電差不多4次,。
 
　　更令人欣喜的是，在單顆低倍率充放電環(huán)境下使用,，這種電池在循環(huán)使用多達(dá)3000次后,，電量依舊保持在80%左右,，而普通鋰電池循環(huán)充電500次左右就這德行了。按照每3天充放電一次計(jì)算,，可以連續(xù)使用24年之久,，是名符其實(shí)的長(zhǎng)壽電池。
 
　　這種新型電池技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于便攜移動(dòng)電源,、小型UPS,、筆記本電池、汽車(chē)電瓶等各種設(shè)備,，而且針對(duì)不同使用環(huán)境,，Deboch TEC.GmbH還按照循環(huán)充電次數(shù)的差異使用了不同的電芯顏色：面向軍工級(jí)的為金色，循環(huán)次數(shù)為3000次,；民用汽車(chē)領(lǐng)域中使用藍(lán)色,，2500次；綠色的,、2000次的適用于小型便攜式移動(dòng)設(shè)備,。　

八,、通信用磷酸鐵鋰電池組的主要技術(shù)要求
 
　　(1)工作溫度范圍
 
　　電池組在下列環(huán)境溫度條件下使用：
 
　　——充電環(huán)境溫度：?10℃～55℃,；
 
　　——放電環(huán)境溫度：?20℃～60℃。
 
　　(2)電氣性能
 
　　電池模塊內(nèi)電芯性能一致性,。
 
　　電池模塊內(nèi)各電芯應(yīng)為同一廠家生產(chǎn),、結(jié)構(gòu)相同、化學(xué)成分相同的產(chǎn)品,，且符合下列要求：
 
　　1)電池模塊內(nèi)各電芯之間的靜態(tài)開(kāi)路電壓zui大值與zui小值的差值應(yīng)不大于0.05V,；
 
　　2)電池模塊內(nèi)各電芯之間的靜態(tài)內(nèi)阻zui大值與zui小值的差值應(yīng)符合：10mW以下的，偏差值不超過(guò)0.5mW,，10mW以上的不超過(guò)平均值的5%,；
 
　　3)電池模塊內(nèi)各電芯之間容量zui大值與zui小值的差值應(yīng)不超過(guò)平均值的?1%。
 
　　(3)容量保存率
 
　　電池組容量應(yīng)不低于額定值的95%,。
 
　　(4)循環(huán)壽命
 
　　電池組的循環(huán)壽命應(yīng)為800次～2000次,。
 
　　(5)高溫加速老化壽命
 
　　電池組按規(guī)定進(jìn)行充電后放電,，其外觀應(yīng)無(wú)明顯變形,、銹蝕、冒煙或爆炸,，其測(cè)試循環(huán)次數(shù)應(yīng)不少于52次,。
 
　　(6)電磁兼容性
 
　　1)靜電放電抗擾性。電池組應(yīng)滿足GB/T17626.2-2006等級(jí)4的要求,；試驗(yàn)后,，其外觀應(yīng)無(wú)明顯變形,、漏液、冒煙或爆炸,，并能正常工作,。
 
　　2)傳導(dǎo)騷擾限值。電池組應(yīng)滿足YD/T983-1998等級(jí)B的要求,；試驗(yàn)后,，其外觀應(yīng)無(wú)明顯變形、漏液,、冒煙或爆炸,，并能正常工作。
 
　　3)輻射騷擾限值,。電池組應(yīng)滿足YD/T983-1998等級(jí)B的要求,；試驗(yàn)后，其外觀應(yīng)無(wú)明顯變形,、漏液,、冒煙或爆炸，并能正常工作,。
 
　　4)浪涌(沖擊)抗擾性,。電池組應(yīng)滿足GB/T17626.5-2008等級(jí)4的要求；試驗(yàn)后,，其外觀應(yīng)無(wú)明顯變形,、漏液、冒煙或爆炸,，并能正常工作,。
 
　　(7)電池管理功能
 
　　1)顯示精度。電池組配有電池管理系統(tǒng)(BMS),，BMS顯示的各種參數(shù)值與電池組實(shí)際的參數(shù)值之間的誤差應(yīng)符合表1的要求,。
 
　　表1 顯示精度
 

 
　　2)溫度補(bǔ)償功能,。電池組充電應(yīng)具有溫度補(bǔ)償功能,。
 
　　(8)監(jiān)控功能
 
　　1)通信接口。電池組宜具有RS232或RS485/422,、IP,、USB等標(biāo)準(zhǔn)通信接口，通信協(xié)議參見(jiàn)YD/T1363.3中的蓄電池檢測(cè)裝置通信協(xié)議,，應(yīng)提供與通信接口配套使用的通訊線纜和各種告警信號(hào)輸出端子,。
 
　　2)監(jiān)控內(nèi)容,。電池組應(yīng)具有以下實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。
 
　　遙測(cè)：電池組容量(SOC),、電池組/電芯電壓,、電池組/電芯電流、環(huán)境/電池組/PCBA板(可選)/電芯溫度(可選),、電池組充電/放電電流,、電池組內(nèi)阻(可選)、電池組健康狀態(tài)SOH(可選)等,。
 
　　遙信：電池組的充電/放電狀態(tài),、電池組過(guò)充/過(guò)流告警、電池組放電欠壓/過(guò)流告警,、電芯充電過(guò)壓告警,、電芯放電欠壓告警、電池組極性反接告警,、環(huán)境/電池組/PCBA/電芯高溫告警,、環(huán)境低溫告警、電池組容量過(guò)低告警,、電池組溫度/電壓/電流傳感器失效告警,、電芯失效告警(可選)、電池組失效告警(可選),。
 
　　遙控：充電/放電(可選),，告警聲音開(kāi)關(guān)。
 
　　遙調(diào)(可選)：電池組的充電/放電管理參數(shù)等,。
 
　　(9)保護(hù)與告警功能
 
　　1)過(guò)充電保護(hù),。電池組處于過(guò)充電狀態(tài)時(shí)，應(yīng)切斷充電電路并告警,，電池組應(yīng)不漏液,、冒煙、起火或爆炸,。
 
　　2)過(guò)放電保護(hù),。電池組放電至終止電壓后，應(yīng)切斷放電電路并告警,，電池組應(yīng)不漏液,、冒煙、起火或爆炸,。
 
　　3)短路保護(hù),。電池組輸出端發(fā)生短路,，應(yīng)瞬間切斷電路并告警,，電池組應(yīng)不漏液,、冒煙、起火或爆炸,；故障排除后,，應(yīng)能手動(dòng)或自動(dòng)恢復(fù)工作；瞬時(shí)充電后,，電池組電壓應(yīng)不小于標(biāo)稱電壓,。
 
　　4)反接保護(hù)。電池組規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),，應(yīng)切斷電路并告警,，電池組應(yīng)不漏液、冒煙,、起火或爆炸,；故障排除后,，應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)工作；瞬時(shí)充電后,，電池組電壓應(yīng)不小于標(biāo)稱電壓。
 
　　5)過(guò)載保護(hù),。電池組放電電流達(dá)到過(guò)載保護(hù)電流值時(shí),，應(yīng)切斷電路并告警，電池組應(yīng)不漏液,、冒煙,、起火或爆炸；故障排除后,，應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)工作,；瞬時(shí)充電后，電池組電壓應(yīng)不小于標(biāo)稱電壓,。
 
　　6)溫度保護(hù),。當(dāng)溫度達(dá)到表2中保護(hù)點(diǎn)范圍時(shí)，電池組應(yīng)切斷電路并告警,；除電池組內(nèi)部BMS元器件高溫保護(hù)外,，溫度達(dá)到表2中恢復(fù)點(diǎn)范圍時(shí)，電池組應(yīng)自動(dòng)恢復(fù)工作,；電池組應(yīng)不漏液,、冒煙、起火或爆炸,。
 
　　表2 溫度保護(hù)
　

 
　　(10)安全性能分類(lèi)
 
　　1)抗重物沖擊,。電池組按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)不起火,、不爆炸,。
 
　　2)抗熱沖擊,。電池組按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)不起火,、不爆炸,。
 
　　3)抗過(guò)充電。電池模塊按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),，應(yīng)不起火,、不爆炸。
 
　　4)抗過(guò)放電,。電池模塊按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),，應(yīng)不起火、不爆炸,。
 
　　5)抗短路,。電池模塊按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)不起火,、不爆炸,。
 
　　6)高溫儲(chǔ)存。電芯按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),，應(yīng)不漏液,、冒煙、起火或爆炸,。
 
　　7)抗加熱,。電池模塊按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，爆炸電池沒(méi)有任何部分穿透網(wǎng)屏,，沒(méi)有部分或全部電池突出網(wǎng)屏,。
 
　　8)抗穿刺。電池組按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),，應(yīng)不起火,、不爆炸。
 
　　9)抗擠壓,。電池模塊按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),，應(yīng)不起火、不爆炸,。
 
　　10)抗低壓,。電池組按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)不漏液,、冒煙,、起火或爆炸。
 
　　11)恒定濕熱。電池組按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)后,，其外觀應(yīng)無(wú)明顯變形,、銹蝕、冒煙或爆炸,，其容量應(yīng)不低于額定值的90%,。
 
　　12)抗振動(dòng),。電池組按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),，其外觀應(yīng)無(wú)明顯損傷、漏液,、冒煙或爆炸,，并能正常工作。
 
　　13)抗碰撞,。電池組按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),，其外觀應(yīng)無(wú)明顯損傷、漏液,、冒煙或爆炸,，并能正常工作。
 
　　(11)溫度循環(huán),。電池組按6.6.15規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),，其應(yīng)不漏液、冒煙,、起火或爆炸,；電池組外觀無(wú)破裂，無(wú)質(zhì)量損失,，容量不低于初始狀態(tài)時(shí)的70%,。
 
　　(12)阻燃性能。對(duì)于塑料外殼和保護(hù)蓋的電池組,，按照6.6.16規(guī)定進(jìn)行測(cè)試,，外殼應(yīng)符合GB/T2408-2008中第8.3.2條FH-1(水平級(jí))和第9.3.2條FV-0(垂直級(jí))的要求。
 
　　(13)絕緣電阻,。對(duì)于金屬外殼的電池組,，電池組正負(fù)極接口分別對(duì)電池組金屬外殼的絕緣電阻不小于2MW。