Промышленное применение
Тип продукта
Lifepo4 против литий-ионных: битва батарей
Литий-ионный (Li-ion) и литий-железофосфатный ( ЛиФеПО4 ) — два самых популярных типа литий-ионных аккумуляторов, используемых сегодня в бытовой электронике и электромобилях.
Оба обеспечивают высокую плотность энергии, низкий саморазряд, высокое напряжение элемента и низкие эксплуатационные расходы по сравнению с другими химическими аккумуляторами.
Однако между ними есть некоторые ключевые различия, которые делают каждый из них более подходящим для определенных приложений.
литий-ионный
В литий-ионных батареях используется оксид лития-кобальта ( LiCoO2 ) или другие оксиды металлического лития в качестве положительного электрода и графитовый углерод в качестве отрицательного электрода.
Во время разряда ионы лития перемещаются от положительного электрода к отрицательному через электролит и диафрагму сепаратора.
Зарядка меняет направление потока ионов. Литий-ионные аккумуляторы имеют высокую плотность энергии, но могут быть нестабильными из-за высокореактивного кобальтового катода.
Lifepo4
В батареях LiFePO4 катод из оксида кобальта заменяется литий-железофосфатным ( ЛиФеПО4 ), который более структурно и термически стабилен.
Это делает LiFePO4 более безопасным, чем литий-ионный, но за счет несколько меньшей плотности энергии.
LiFePO4 также обеспечивает более длительный срок службы и лучшую производительность при более высоких температурах.
Оба типа литий-ионных аккумуляторов сегодня распространены в бытовой электронике, электроинструментах, электромобилях и системах хранения энергии. Мы рассмотрим ключевые различия между ними более подробно.
Химия
Батареи LiFePO4 имеют катод из литий-железо-фосфата ( ЛиФеПО4 ), тогда как в традиционных литий-ионных батареях используются оксиды лития-кобальта (LiCoO2), оксиды лития-никеля-марганца-кобальта (NMC) или другие металлооксидные катоды.
Ключевое отличие заключается в материале катода. LiFePO4 обеспечивает более стабильный и безопасный химический состав катода по сравнению с катодами из оксидов металлов, встречающимися в обычных литий-ионных батареях.
Структура фосфата железа препятствует потере кислорода даже при перезарядке или коротком замыкании. Это делает LiFePO4 негорючим и исключает риск термического выхода из-под контроля.
Напротив, литий-ионные батареи с кобальтовыми, никелевыми и марганцевыми катодами могут выделять кислород при перезарядке или повреждении, что приводит к пожарам и взрывам.
Слоистой оксидной структуре недостает стабильности структуры фосфата оливина в LiFePO4. Это фундаментальное различие в химии катодов обеспечивает аккумуляторам LiFePO4 отличную репутацию в области безопасности.
Напряжение
Аккумуляторы LiFePO4 имеют более низкое номинальное напряжение по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. LiFePO4 работает при напряжении около 3,2 В, тогда как литий-ионные батареи обычно работают при напряжении 3,6–3,7 В.
Это более низкое напряжение в LiFePO4 обусловлено химией материала катода. Катод LiFePO4 имеет плоский профиль напряжения и может высвободить только один электрон на формульную единицу во время зарядки и разрядки.
Напротив, литий-ионные катоды, такие как оксид лития-кобальта (LiCoO2), могут выделять большую часть своих ионов лития, обеспечивая более высокое напряжение.
Более низкое напряжение LiFePO4 означает, что для достижения желаемого напряжения системы необходимо соединить больше ячеек.
Однако более низкое напряжение также обеспечивает некоторые преимущества в безопасности и стабильности по сравнению с литий-ионными химическими соединениями с более высоким напряжением.
В целом, немного более низкое напряжение LiFePO4 является компромиссом, который обеспечивает превосходную стабильность и безопасность при езде на велосипеде.
Заряд/разряд
Батареи LiFePO4 имеют очень плоскую кривую разряда по сравнению с литий-ионными батареями.
Это означает, что выходное напряжение остается более стабильным по мере разряда аккумулятора. С другой стороны, литий-ионные аккумуляторы имеют наклонную кривую разряда, поэтому напряжение постепенно снижается по мере разряда аккумулятора.
Плоская кривая разряда LiFePO4 делает их идеальными для применений, требующих стабильного выходного напряжения.
Такие устройства, как контроллеры двигателей и инверторы, выигрывают от постоянной подачи напряжения во время разрядки. При использовании литий-ионных аккумуляторов производительность может снижаться при падении напряжения.
LiFePO4 также заряжается иначе, чем литий-ионный. Напряжение быстро возрастает примерно до 3,65 В и затем остается на этом уровне, пока аккумулятор полностью заряжается.
Напряжение литий-ионного аккумулятора постоянно увеличивается на протяжении всего процесса зарядки. Это означает, что в большинстве случаев LiFePO4 может использовать быструю зарядку лучше, чем литий-ионный.
Подводя итог, можно сказать, что LiFePO4 обеспечивает разряд с постоянным напряжением, в то время как литий-ионный разряд постепенно снижается. И LiFePO4 быстро заряжается до максимального напряжения, в то время как литий-ионное напряжение поднимается медленно.
Эти характеристики разряда/заряда делают LiFePO4 подходящим для приложений, требующих стабильного напряжения и возможности быстрой зарядки.
Цикл жизни
Батареи LiFePO4 имеют значительно более длительный срок службы по сравнению с литий-ионными батареями.
В то время как литий-ионный аккумулятор может прослужить 500–1000 циклов, прежде чем его емкость ухудшится до 80%, LiFePO4 обычно может достигать 2000–5000 циклов и более. Некоторые элементы LiFePO4 прошли испытания на выдержку более 10 000 циклов с минимальной потерей емкости.
Основной причиной такого длительного срока службы является кристаллическая структура оливина в катодном материале LiFePO4.
Эта структура позволяет ионам лития внедряться и извлекаться с меньшим напряжением и деформацией по сравнению со слоистыми оксидными катодами, такими как оксид лития-кобальта.
Жесткая структура LiFePO4 не сильно расширяется и не сжимается во время езды на велосипеде, что приводит к большей стабильности в течение тысяч циклов.
Напротив, слоистая структура обычных литий-ионных катодов более резко меняет форму во время циклирования по мере добавления и удаления ионов лития.
Это создает большую физическую нагрузку на электроды и электролит, что приводит к более быстрой деградации батареи с течением времени.
Таким образом, для приложений, требующих тысячи циклов в течение многих лет, таких как хранение возобновляемой энергии или электромобили, LiFePO4 является явным победителем над обычными литий-ионными батареями, когда дело касается срока службы.
Способность выдерживать в 3–10 раз больше циклов до выхода из строя делает LiFePO4 привлекательным выбором, когда долговечность и долговечность являются критическими факторами.
Безопасность
Батареи LiFePO4 по своей природе безопаснее, чем литий-ионные. Это связано с химической структурой и свойствами материала катода.
В литий-ионных батареях обычно используются катодные материалы, такие как оксид лития-кобальта (LiCoO2) или оксид лития-никеля-марганца-кобальта (NMC).
Эти слоистые оксидные катодные материалы нестабильны, особенно при перезаряде или коротком замыкании.
Это может привести к выделению кислорода из катода и вызвать тепловой разгон, приводящий к возгоранию или взрыву.
Напротив, LiFePO4 имеет кристаллическую структуру оливина, которая очень стабильна даже в условиях неправильного обращения.
Прочные ковалентные связи в фосфатном каркасе чрезвычайно затрудняют высвобождение кислорода.
В результате LiFePO4 с трудом выходит из-под перегрева и гораздо менее склонен к возгоранию или взрыву.
LiFePO4 может выдерживать гораздо более высокие температуры (до 700°F) перед разрушением по сравнению с относительно низкой температурой термического выхода из-под контроля литий-ионных аккумуляторов.
Короткие замыкания, перезаряд и другие электрические или механические нарушения с гораздо меньшей вероятностью приведут к катастрофическому отказу LiFePO4.
Эта присущая ему безопасность и стабильность являются основной причиной, по которой LiFePO4 предпочтительнее для электромобилей и других применений, где безопасность имеет решающее значение.
Расходы
Батареи LiFePO4 обычно дешевле за кВтч, чем литий-ионные батареи.
Это связано с тем, что в LiFePO4 в качестве катодного материала используется фосфат железа, который широко распространен и недорог по сравнению с кобальтом, никелем и марганцем, используемыми в литий-ионных катодах.
Кроме того, LiFePO4 имеет более плоскую кривую разряда, чем литий-ионный, что позволяет использовать меньше электронных компонентов системы управления аккумулятором.
Более простая система управления батареями еще больше снижает затраты на LiFePO4.
Что касается первоначальных затрат на аккумуляторные батареи, LiFePO4-батареи варьируются от 300 до 500 долларов за кВтч, а литий-ионные — от 150 до 300 долларов за кВтч.
Однако более длительный срок службы LiFePO4 по сравнению с литий-ионным означает, что стоимость цикла или стоимость в течение срока службы батареи для LiFePO4 ниже.
В целом, более дешевые затраты на сырье и более простая электроника приводят к тому, что LiFePO4 имеет более низкую стоимость жизненного цикла на кВтч, несмотря на более высокие первоначальные затраты.
Это делает его привлекательным выбором по сравнению с литий-ионным аккумулятором для многих применений, особенно там, где приоритетными являются длительный срок службы и безопасность.
Приложения
LiFePO4 и литий-ионные аккумуляторы используются в самых разных целях, но каждый из них имеет свои преимущества, которые делают его более подходящим для определенных случаев использования.
Батареи LiFePO4, как правило, предпочтительнее для устройств высокой мощности, таких как электроинструменты и электромобили.
Их безопасный химический состав и способность выдавать большие токи делают их подходящими для устройств, требующих большой мгновенной мощности. LiFePO4 — это незаменимый помощник, когда вам срочно нужна энергия.
С другой стороны, литий-ионные батареи часто лучше подходят для небольшой электроники, такой как ноутбуки, сотовые телефоны и планшеты.
Их более высокая плотность энергии означает, что они могут хранить больше энергии в меньшем и более легком корпусе.
Это делает литий-ионный аккумулятор отличным решением, когда вам нужно оптимизировать пространство и вес, как в смартфоне.
Компромисс в том, что они также не справляются с высоким энергопотреблением.
LiFePO4 идеально подходит для мощных инструментов, электромобилей и других устройств, требующих подачи большого тока. Их безопасный химический состав также делает их хорошо подходящими для медицинских устройств.
Литий-ионный аккумулятор лучше подходит для бытовой электроники и других приложений, ориентированных на легкий вес и небольшой размер. Их более высокая плотность энергии идеально подходит для увеличения времени работы.
Каждая технология имеет сильные стороны в различных приложениях, основанных на конкретных потребностях и компромиссах. LiFePO4 для чистой мощности, литий-ионный, когда пространство и вес имеют решающее значение.
Относящийся к окружающей среде
Батареи LiFePO4 имеют явное экологическое преимущество перед традиционными литий-ионными батареями.
В качестве катодного материала в батареях LiFePO4 используется фосфат железа, который не токсичен и широко распространен в природе.
Напротив, кобальт, никель и марганец, используемые в литий-ионных катодах, являются более редкими элементами, которые могут быть опасными в высоких концентрациях.
При производстве аккумуляторов при синтезе LiFePO4 выделяется минимальное количество парниковых газов по сравнению с литий-ионным.
Утилизация также менее проблематична, поскольку фосфат железа не вымывает токсичные химические вещества в окружающую среду.
В целом, материалы и производство батарей LiFePO4 оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду.
По мере роста популярности электромобилей и систем хранения энергии выбор химического состава аккумуляторов будет иметь серьезные экологические последствия.
Широкое внедрение LiFePO4 могло бы значительно снизить воздействие этих технологий на окружающую среду.
Благодаря повышенной экологичности и безопасности батареи LiFePO4, вероятно, будут играть ведущую роль в переходе к «зеленой» энергетике.
Заключение
При сравнении LiFePO4 и литий-ионных батарей следует учитывать некоторые ключевые различия.
Батареи LiFePO4 имеют меньшую плотность энергии, но лучшую термическую и химическую стабильность.
Они также имеют более длительный срок службы, более медленное снижение емкости и по своей сути более безопасны.
Основным недостатком является их более низкое напряжение, что требует большего количества последовательно соединенных ячеек для того же напряжения, что и литий-ионные.
Литий-ионные аккумуляторы имеют более высокое напряжение и плотность энергии.
Это позволяет использовать меньшие по размеру и более легкие батареи той же емкости.
Однако они менее термически стабильны, склонны к старению и могут представлять опасность пожара, если с ними не обращаться должным образом.
Для применений, где безопасность и длительный срок службы имеют решающее значение, таких как электромобили и накопители энергии, LiFePO4 обычно является лучшим выбором, несмотря на его больший размер и вес.
Для бытовой электроники, где малый размер наиболее важен, предпочтителен литий-ионный аккумулятор.
Хотя для промежуточных приложений необходимо учитывать компромиссы.
В целом, LiFePO4 является более безопасным и долговечным аккумулятором, но уступает в некоторой производительности по сравнению с литий-ионным.
Поэтому выбирайте литий-ионный аккумулятор для оптимизации плотности энергии и LiFePO4 для оптимизации безопасности и срока службы. Рассмотрите приоритеты для вашего конкретного приложения.
Руководство по выбору лучшей литиевой батареи 48 В для гольф-мобиля
Стоит ли инвестировать в 48В...
10 интересных способов использования литиевых батарей на 12 В
Еще в 2016 году, когда BSLBATT впервые приступила к разработке того, что впоследствии станет первой заменой...
Компания BSLBATT Battery получает оптовые заказы от клиентов из Северной Америки
BSLBATT®, китайский производитель аккумуляторов для вилочных погрузчиков, специализирующийся на погрузочно-разгрузочных работах...
Веселая находка в пятницу: BSLBATT Battery появится на еще одной замечательной выставке LogiMAT 2022
ВСТРЕЧАЙТЕ НАС! ВЫСТАВКА ВЕТТЕРА 2022 ГОД! LogiMAT в Штутгарте: УМНОЕ – УСТОЙЧИВОЕ – НАДЕЖНОЕ…
Ищем новых дистрибьюторов и дилеров литиевых батарей BSL.
BSLBATT Battery — это динамично развивающаяся, быстрорастущая (на 200% по сравнению с прошлым годом) высокотехнологичная компания, которая является лидером...
BSLBATT примет участие в выставке MODEX 2022, которая пройдет 28-31 марта в Атланте, штат Джорджия.
BSLBATT — один из крупнейших разработчиков, производителей и интеграторов литий-ионных аккумуляторов...
Что делает BSLBATT превосходной литиевой батареей для ваших потребностей в движущей силе?
Владельцы электрических вилочных погрузчиков и машин для мытья полов, которым нужна максимальная производительность, найдут ...
