Liitiumraudfosfaatpatarei lühitutvustus

1. Mõiste määratlusliitium raudfosfaadi aku

Liitiumraudfosfaatpatarei viitab liitiumioonakule, milles positiivse elektroodimaterjalina kasutatakse liitiumraudfosfaati.

Liitium-ioon akude jaoks on mitmesuguseid katoodimaterjale, peamiselt liitiumkobaltaat, liitiummanganaat, liitiumnikkeltaat, kolmekomponentide materjalid, liitium raudfosfaat jne. Nende hulgas kasutatakse liitiumkoobloksiidi katoodimaterjalina valdava enamuse liitium-ioon patareisid, samal ajal kui muid katoodimaterjale ei toodeta turul praegu mitmesugustel põhjustel. Liitium-raudfosfaat on ka üks liitiumioonakudest. Materjalide põhimõttest lähtuvalt on liitiumraudfosfaat ka intercalatsiooni / deintercalatsiooni protsess. See põhimõte on täpselt sama mis liitiumkoobaltoksiidil ja liitiummanganaadil.

Liitium-raudfosfaat siseneb järk-järgult liitiumioonakude turule, tulenevalt turvalisuse, tsükli eelise ja materjali maksumuse eelistest.

2. Liitium raudfosfaadi katoodmaterjal

Aastal 1997 teatas AKPadhi esimest korda, et liitium raudfosfaadil (LiFePO4) on liitiumi desintelleerimise funktsioon. Sellel materjalil on oliviinitüüpi fosfaadil põhinev liitiumi interkalatsioonimaterjal LiMPO4 (M: Mn, Fe, Co, Ni) ja sellest on saanud väga paljutõotav katoodmaterjal liitiumioonakude jaoks. Liitium-ioonpatareide positiivse elektroodimaterjalina kasutataval liitiumraudfosfaadil on head elektrokeemilised omadused, laadimis- ja tühjendusplatvorm on väga stabiilne ning laadimise ja tühjendamise ajal on struktuur stabiilne. Samal ajal on materjal mittetoksiline, saastevaba, hea ohutustasemega, seda saab kasutada kõrge temperatuuriga keskkonnas ja sellel on lai valik tooraineallikaid. Praegu on see aku tööstuses kuum koht arenduseks ja teadustööks.

Sellel materjalil on ülaltoodud joonisel näidatud kristallstruktuur.

Tööpinge vahemik: 2,5 ~ 3,6 V, platvorm on umbes 3,3 V, mis on madalam kui 3,7 V liitium-koobaltikoksiidi aku.

Materjali halva juhtivuse tõttu on vaja juhtivad süsinikumaterjalid või elektrit juhtivad metalliosakesed leotada liitium-raudfosfaadi osakesteks või katta liitiumi raudfosfaadi osakeste pind elektrit juhtiva süsinikmaterjaliga, et parandada toote elektroonilist juhtivust. materjal; või doping metalliioonidega juhtivuse parandamiseks. Materjali tihedus on madal ja aku mahu erimaht on madal, ainult 180Wh / L (liitium-koobaltikoksiid võib olla suurem kui 400Wh / L). Väikeste akude puhul on sama suurusega aku vähem kui pool olemasolevast aku mahust.

3. Liitium raudfosfaatpatarei ning selle eelised ja puudused

Liitiumraudfosfaadi eelised:

1. Ohutus. Liitiumraudfosfaadi ohutusnäitajad on kõigi materjalide seas praegu parimad. Muidugi on sellel sama ohutusomadused kui teistel fosfaatidel. Kui kasutate akuna liitium raudfosfaati, ei tohiks te kunagi muretseda plahvatuse pärast.

2. kõrge stabiilsus. Sealhulgas kõrgel temperatuuril laadimine, hea mahutavus, hea ladustamisvõime jne. See on suurim eelis ja parim kõigi tuntud materjalide hulgas.

3. Keskkonnakaitse. Kogu tootmisprotsess on puhas ja mittetoksiline. Kõik toorained on mittetoksilised. Erinevalt koobaltist on mürgine aine.

4. Hind on odav. Fosfaat kasutab materjalidena fosforhappe allikat, liitiumi ja raua allikat, need materjalid on väga odavad, puuduvad strateegilised ressursid ja haruldased ressursid.

Liitiumraudfosfaadi puudused:

1. Halb juhtivus. See on kõige kriitilisem teema. Põhjus, miks liitiumraudfosfaati pole nii hilja laialdaselt kasutatud, on suur probleem. Kuid selle probleemi saab nüüd suurepäraselt lahendada: see on C või muude juhtivate ainete lisamine. Laborite aruannete erivõimsus võib olla 160 mAh / g või rohkem. Meie ettevõtte toodetud liitium raudfosfaatmaterjal on tootmisprotsessi käigus lisatud juhtiva ainega ja seda ei pea aku tegemisel lisama. Tegelikult peaks materjal olema: LiFePO4 / C, selline komposiitmaterjal.

2. Kraani tihedus on madal. Üldiselt võib see jõuda vaid 1,3–1,5 ja madala kraanitihedusega võib öelda, et liitiumraudfosfaadi suurim puudus on. Selle puuduse tõttu pole väikestel akudel, näiteks mobiiltelefonide akudel, eelist. Kuigi selle maht on madal, hea ohutustase, hea stabiilsus ja suured tsükliajad, võib see liiga suure mahuga asendada liitiumkoobaltoksiidi ainult väikestes kogustes. See puudus pole patareide puhul märgatav. Seetõttu kasutatakse liitium raudfosfaati peamiselt akude valmistamiseks.

3. Praegu ei ole teadus- ja arendustegevus põhjalik. Liitiumraudfosfaadi praegune industrialiseerimine katoodimaterjalina ei ole optimistlik. Kuna see on välja töötatud viimase kahe aasta jooksul, tuleb jätkata uurimistööd erinevates valdkondades.

4. Muud

Elektriakude valdkonnas on ohutusprobleemide ja liitium-koobaltoksiidi kõrgete hindade tõttu hõljuv elektriakude ukse taga ega ole kunagi täielikult sisenenud akude väljale. Praeguses olukorras kasutatakse liitiumkobaltaati ja liitiummanganaati väikestes partiides. Kuid nende loomulike defektide tõttu pole neid suurtes kogustes turustatud. Tooted on ainult väikeste partiide katsefaasis. Praegu toimub laiaulatuslik turustamine Toimimisel on endiselt ületamatuid raskusi. Toitepatareide valdkonnas on fosforhappel põhinevate positiivsete elektroodide materjalidel pikk tsükkel, suurepärased ohutusnäitajad, head omadused kõrgel temperatuuril, äärmiselt madal hind ning jõudlus madalal temperatuuril ja kiiruse tühjenemine võivad juba jõuda liitium-koobaltikoksiidi tasemeni. Sellest saab kõige lootustandvamaid elektriaku materjale, sellest võib järgmise 5 aasta jooksul saada nikkel-kaadmiumpatareide peamine asendaja, järgmise 10 aasta jooksul saab sellest tugev pliiakude konkurent ja see võidakse välja vahetada järgmise 20 aasta jooksul on pliiakudest patareid muutunud peamiseks käivitusvooluallikaks, UPS-i toiteallikaks ja varutoiteallikaks ning muutunud sekundaarakude juhiks.

Liitium raudfosfaadi peamised probleemid on väike mahutavus, suured tootmiskulud ja keeruline töötlemine aku tootmisel (tselluloosi-, tõmbamis-, valtsimis- ja muud protsessid vajavad eritöötlust, paljud ettevõtted ei saa sellega hästi hakkama) määr tühjenemine ebastabiilne (nõuab konkreetset akuprotsessi) koordineerimine, mida protsess oluliselt mõjutab) ja elektriseadmete kasutamise praegune suundumus on kompaktne arendus, seega on ka akul samad nõuded suure energiamahu tihedusele. Mahu seisukohast pole liitium raudfosfaadil tulevikku. Teatud akuväljadel on eelised, näiteks toiteakudel.

Liitiumraudfosfaadil on madal kraanitihedus ja suur eripind. Vaja on muuta aku täiustatud tehnoloogiat ja aku pooluse detaili pinnatihedus on väike, seega on sama tüüpi aku mahutavus väiksem.

Elektrolüüdil tuleb ka sobiv elektrolüütide süsteem uuesti välja töötada ja olemasoleva küpse elektrolüüdi korral on selle toimimine keeruline.

Kuna liitiumraudfosfaatpatareide tööpinge vahemik on 2,5 kuni 3,6 V ja platvorm on umbes 3,3 V, puudub massikaitselülitus ja laadija, on olemasolevatel elektroonilistel seadmetel keeruline selle omadusi avaldadaEnt kogu tööstuse integreerimine on vajalik.