HAWKER电池用磷酸铁范文

电池用磷酸铁 第1篇 现在国际通用的丈量办法是:将电池充溢电后,在常温状况下放置28d或在高温状况下放置7d,然后经过丈量电池的剩下电量的办法来评估电池自放电的巨细。 传统自放电的丈量办法需很长的测验时刻,关于科研是比较实践和精确的办法,但其出产时刻过长,并且占用许多的流动资金和大面积出产场所,直接影响到出产和交货,构成较大的浪费,严峻影响电池企业和科研单位的经济效益[3]。衡量自放电的另一个重要的目标K值=△OCV/△t,K值的核算办法简便、误差小。 本文研讨了一种快速磷酸铁锂电池自放电检测工艺。经过对锂电池不同荷电状况下电池容量与开路电压的原理性研讨,在不同荷电状况下不一起刻电压测验研讨,研讨了一种锂电池快速自放电检测工艺,经过研讨自放电特性,可经过简略快速的办法判别磷酸铁锂电池自放电功用,并进行电池分选,确保电池功用的共同性[4]。 1 试验 1.1 原理研讨 锂电池不同荷电状况(SOC)对应不同开路电压(OCV),对SOC与OCV联系进行研讨剖析,发现SOC与OCV存在对应联系,在2%~8%、10%~20%、20%~35%SOC存在拟合线性联系,荷电状况越小对应电压斜率越大,40%~90%SOC对应电压斜率最小,荷电状况与开路电压联系图如图1所示。 1.2 试验办法 1.2.1 开路电压。 电池充电完毕后电池压降较快,原因是电池充电进程中的极化,构成充电电压高于电池实践电压,称为超电势,在静置一段时刻后电压回归至电池自身电压。 选用100Ah类型电池,取5支电池,电池分容后运用0.2C充电SOC至5%,接连收集20h内电压。电池在4h内为去极化进程,4~10h电压改动缓慢,10~20h电压趋于安稳,如图所示。 1.2.2 荷电状况。 选用100Ah类型电池,取90支电池分红3组,每组30支电池,别离叫A组、B组与C组,电池分容完毕后,各单体电池之间容量偏差小于等于0.5Ah,运用0.3C电流将电池循环3次,使电池体系安稳。 将A组电池运用0.2C荷电状况调整至5%,B组电池运用0.2C荷电状况调整至15%,C组电池运用0.2C荷电状况调整至30%,别离测验A组、B组和C组充电后12、24、36h以及2、3、4、6、8、12D和28D电压。核算比照每组试验电池测验电压差值与存储28D容量丢失。 依据电池测验可挑选静置12h收集的电压作为OCV1,别离比照各静置阶段的电压与28D容量丢失,各阶段自放电改动趋势根本共同。电池在5%荷电状况下,在2D内就能够区分出电池自放电巨细,挑选出自放电大电池,如图3所示,故电池在较小荷电状况下,能更快速区分出电池自放电巨细,有利于电池的分选及自放电反常电池的挑选;电池在15%荷电状况下,在较短时刻内电压改动较小,电池需求12D时刻才干区分出自放电巨细电池,挑选出自放电大电池,如图4所示;电池在30%荷电状况下,12D内电池电压改动均在较小范围内,较难区分电池自放电巨细,只需较长时刻才干区分出自放电巨细,如图5所示。 2 试验验证与评论 2.1 试验验证 选用100Ah类型电池,取10支电池,运用A组电池测验办法,0.2C电流将电池荷电状况调整至5%,测验12与2D电压OCV1与OCV2,K=OCV1-OCV2,K值作为自放电测验检测规范。电池测验完结后将电池调整至满电荷电状况,依照规范常温满电28D放置,运用荷电坚持率办法测验荷电坚持率数据(见表1)。 相同选用100Ah类型电池,取10支电池,运用B组电池测验办法,0.2C电流将电池荷电状况调整至15%,测验12h与12D电压OCV1与OCV2,K=OCV1-OCV2,K值作为自放电测验检测规范。电池测验完结后将电池调整至满电荷电状况,依照规范常温满电28D放置,运用荷电坚持率办法测验荷电坚持率数据(见表2)。 相同选用100Ah类型电池,取10支电池,运用C组电池测验办法,0.2C电流将电池荷电状况调整至30%,测验12h与12D电压OCV1与OCV2,K=OCV1-OCV2,K值作为自放电测验检测规范。电池测验完结后将电池调整至满电荷电状况,依照规范常温满电28D放置,运用荷电坚持率办法测验荷电坚持率数据(见表3)。 2.2 试验评论 经过满电28D荷电坚持率自放电验证,荷电状况5%的电池,K值作为自放电测验检测规范,测验时刻2d即可将自放电大电池挑选出,K值规范大于5m V电池为对应满电荷电坚持率小,即自放电大电池。荷电状况15%的电池,测验时刻需求12D将自放电大电池挑选出,K值大于10m V电池为对应满电荷电坚持率小,即自放电大电池,该工艺测验时刻长出产周期长不适合出产运用。荷电状况30%的电池,测验时刻12D,经过自放电测验K值仍无法将自放电大电池挑选出。 3 定论 该文研讨了一种锂电池快速自放电检测工艺,经过许多自放电试验验证,电池在低荷电状况时,自放电率相对较高,可对电池自放电共同性进行快速判别,磷酸铁锂电池自放电功用,并进行电池分选,确保电池功用的共同性。 摘要：自放电是衡量锂电池的一项重要功用目标,经过对锂电池不同荷电状况下电池容量与开路电压的研讨,在不同荷电状况下不一起刻电压测验,研讨了一种锂电池快速自放电检测工艺,可经过简略快速的办法判别磷酸铁锂电池自放电功用。 要害词：磷酸铁锂电池,自放电,检测工艺 参考文献 [1]秦覃.锂电池自放电率检测体系规划与完结[D].苏州:苏州大学,2009. [2]简旭宇,吴伯荣,朱磊,等.氢镍动力电池自放电共同性研讨[J].电源技能,2007(6):491-493. [3]宋清山,陆跃洲.镉镍电池组自放电检测办法[J].电源技能,2001(5):148-149. 磷酸铁锂电池知识 第2篇 磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极资料的锂离子电池。锂离子电池的正极资料有许多种，首要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元资料、磷酸铁锂等。其间钴酸锂是现在绝大多数锂离子电池运用的正极资料，而其它正极资料因为多种原因，现在在商场上还没有许多出产。磷酸铁锂也是其间一种锂离子电池。从资料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌进程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂彻底相同。磷酸铁锂电池是用来做锂离子二次电池的，现在首要方向是动力电池，相对NI-H、Ni-Cd电池有很大优势。磷酸铁锂电池充放电功率，相对高一些。在 88%-90%之间。而铅酸电池约为80%。 磷酸铁锂电极资料首要用于各种锂离子电池，自1996年日本的NTT初次揭穿AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合:LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极资料之后, 1997年美国德克萨斯州立大学研讨群也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性，美国与日本不谋而合地宣布橄榄石结构(LiMPO4), 使得该资料遭到了极大的重视，并引起广泛的研讨和敏捷的开展。与传统的锂离子二次电池正极资料，尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2比较，LiMPO4 的原物料来历更广泛、价格更低价且无环境污染。 磷酸铁锂电池*结构 正极：正极物质在磷酸铁锂离子蓄电池中以磷酸铁锂(LiFePO4)为首要质料; 负极： 负极活性物质是由碳资料与粘合剂的混合物再加上有机溶剂谐和制成糊状，并涂覆在铜基体上，呈薄层状分布; 隔阂板： 称为隔板或称阻隔阂片，其功用起到封闭或阻断通道的效果，一般运用聚乙烯或聚丙烯资料的微多孔膜。所谓封闭或阻断功用是电 池呈现反常温度上升时阻塞或阻断作为离子通道的细孔，使蓄电池中止充放电反响。隔阂板能够有用防止因内、外部短路等引起的过大电 流而使电池发生反常发热现象。 PTC 元件：在磷酸铁锂电池盖帽内部，当内部温度上升到必定温度时或电流增大到必定操控值时，PTC 就起到了温度稳妥丝和过流稳妥的 效果，会自动拉断或断开，然后构成内部断路。这样电池内部中止了 作业反响，温度降下来。确保了电池的安全运用(两层稳妥)。 安全阀：为了确保磷酸铁锂电池的运用安全性，一般经过对外部电路 的操控或许在磷酸铁锂电池内部设有反常电流切断的安全设备。即便 这样，在运用进程中也有或许其他原因引起磷酸铁锂电池内压反常上 升，这样，安全阀释放气体，以防止蓄电池破裂或爆开。安全阀实践 上是一次性非批改式的破裂膜，一旦进入作业状况，维护蓄电池使其 中止作业，因而是蓄电池的最后的维护手法。 磷酸铁锂电池*原理 电池充电时，正极资猜中的锂离子脱出来，经过电解液，穿过隔阂进入到负极资猜中;电池放电时，锂离子又从负极中脱出来，经过电解液，穿过隔阂回到正极资猜中。(注：锂离子电池便是因锂离子在充放电时来回搬迁而命名的，所以锂离子电池又称“摇椅电池” 磷酸铁锂电池*优势 磷酸铁锂动力电池七大优势: 一、超长寿数，长寿数铅酸电池的循环寿数在300次左右，最高也就500次，而山东海霸动力集团有限公司出产的磷酸铁锂动力电池，循环寿数到达2000次以上，规范充电(5小时率)运用，可到达2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5年时刻，而磷酸铁锂电池在相同条件下运用，将到达7-8年。归纳考虑，功用价格比将为铅酸电池的4倍以上。 二、运用安全，磷酸铁锂彻底处理了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在激烈的磕碰下会发生爆破对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严厉的安全测验即便在最恶劣的交通事故中也不会发生爆破。 三、可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充溢，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此功用。 四、耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。 五、大容量。 具有比一般电池(铅酸等)更大的容量。5AH-1000AH(单体) 六、无回忆效应。 可充电池在常常处于充溢不放完的条件下作业，容量会敏捷低于额外容量值，这种现象叫做回忆效应。像镍氢、镍镉电池存在回忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池不管处于什么状况，可随充随用，无须先放完再充电。 七、绿色环保。该电池不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池需稀有金属)，无毒(SGS认证经过)，无污染，契合欧洲RoHS规则，为绝对的绿色环保电池证。铅酸电池中却存在着许多的铅，在其抛弃后若处理不当，将对环境够成二次污染，而磷酸铁锂资料不管在出产及运用中，均无污染。因而该电池又列入了“十五”期间的“863”国家高科技开展计划，成为国家要点支撑和鼓舞开展的项目。跟着我国加入WTO，我国电动自行车的出口量将敏捷增大，而现在进入欧美的电动自行车已要求装备无污染电池.可见与传统电池比较，磷酸铁锂电池只在价格方面处于必定劣势，其他各项目标显着占据优势。但假如考虑电池寿数，磷酸铁锂电池的价格却是最低的。磷酸铁锂除了振实密度、克容量两个目标略有缺少，其他各项目标均占很大优势，尤其是在循环功用、环保性、安全功用、质料本钱及运用范畴方 磷酸铁锂电池*劣势 磷酸铁锂电池也有其缺陷：例如低温功用差，正极资料振实密度小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因而在微型电池方面不具有优势。而用于动力电池时，磷酸铁锂电池和其他电池相同，需求面临电池共同性问题，以下具体剖析： 1、导电性差、锂离子涣散速度慢。高倍率充放电时，实践比容量低，这个问题是制约磷酸铁锂工业开展的一个难点。磷酸铁锂之所以这么晚还没有大范围的运用，这是一个首要的问题。 2、振实密度较低。一般只能到达0.8-1.3，低的振实密度能够说是磷酸铁锂的很大缺陷，这决议了它在小型电池如手机电池等没有优势，所以其运用范围遭到必定程度的约束。即便它的本钱低，安全功用好，安稳性好，循环次数高，但假如体积太大，也只能小量的替代钴酸锂。但这一缺陷在动力电池方面不会杰出。因而，磷酸铁锂首要是用来制造动力电池。 3、共同性问题严峻。单体磷酸铁锂电池寿数现在超越2000次，可是制造出来的电池共同性欠安，从而影响到电池组的运用功用和全体寿数，因而运用在动力轿车上存在必定障碍。 4、磷酸铁锂电池低温功用差。磷酸铁锂资料的固有特色，决议其低温功用劣于锰酸锂等其他正极资料。一般状况下，关于单只电芯，其0℃时的容量坚持率约 60～70%，-10℃时为40～55%，-20℃时为20～40%。这样的低温功用显着不能满意动力电源的运用要求。 5、制构本钱高。磷酸铁锂具有安全性、环保性、循环次数高级长处是毋庸置疑的，但现在的制构本钱相对铅酸电池、锰酸锂电池要高，其首要原因是： 1)资料物理功用和其他锂电资料相差较大，其粒度小，振实密度小，比外表积大，资料的加工功用不好，涂敷量低，导致电池本钱添加; 2)磷酸铁锂电池只需 3.2V，比其他的锂电低20%左右，单体电池要多用20%，导致电池组本钱上升较多。 跟着技能的开展，磷酸铁锂资料上的这些缺陷正在逐渐得到处理，其性价比也逐渐得到进步，运用范围也逐渐扩展，咱们信任，磷酸铁锂电池技能现已进入一个飞速开展阶段，正在带动整个工业从商场的培养导入期进入一个高速添加阶段。 磷酸铁锂电池*功用及运用 电动车动力电池首要有四种：铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池和锂动力电池，其间，前三种电池因为电池寿数短，并没有被广泛运用，未来将会逐渐退出历史舞台。锂动力电池虽然功用优势显着，可是因为所用电极资料体系不同，致使其功用又有着千差万别，研讨较为老练的正级资料钴酸锂，因为其安全性较差，根本上不具有制造大容量高功率动力电池的或许性。 而磷酸铁锂电池，具有循环寿数长、结构安稳、安全功用好、本钱低价等许多优势，并且磷酸铁锂资料无任何有毒有害物质，不会对环境构成任何污染，被国际公以为绿色环保电池资料。国内外电池技能研讨专家普遍指出，磷酸铁锂电池作为动力型电源，必将成为铅酸、镍氢及锰、钴等系列电池最有远景的替代品。 正是因为相对其他几种电池，磷酸铁锂电池具有无与伦比的优越性，国内外车企都看到了磷酸铁锂电池的应运潜力，纷繁将磷酸铁锂电池运用于电动车中。磷酸铁锂的研制开端时刻，国内外简直同步，而量产速度我国乃至超越海外。据了解，截止2011年，比亚迪作为全球最先完结磷酸铁锂电池工业化的车企之一，已在惠州市现已出资总计12.01亿元资金，用于磷酸铁锂电池基地建造，并最先将磷酸铁锂电动车投放商场，使电池的功用优势得到了充沛证明。国家电网上海公司担任人点评说：“与其他电动车企业比较，比亚迪的电动车运转最安稳，运转功率也最高。” 锂离子动力电池的功用首要取决于正负极资料，磷酸铁锂作为锂电池资料是近几年才呈现的事，国内开宣布大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全功用与循环寿数是其它资料所无法比较的，这些也正是动力电池最重要的技能目标。1C充放循环寿数达2000次。单节电池过充电压30V不焚烧，穿刺不爆破。磷酸铁锂正极资料做出大容量锂离子电池更易串联运用。以满意电动车频繁充放电的需求。具有无毒、无污染、安全功用好、原资料来历广泛、价格便宜，寿数长等长处，是新一代锂离子电池的抱负正极资料。 本项目归于高新技能项目中功用功用源资料的开发，是国家“863”计划、“973”计划和“十一五”高技能工业开展规划要点支撑的范畴。 锂离子电池的正极为磷酸铁锂资料，其安全功用与循环寿数有较大优势，这些也正是动力电池最重要的技能目标之一。1C充放循环寿数可做到2000次，穿刺不爆破，过充时不简单焚烧和爆破。磷酸铁锂正极资料做出大容量锂离子电池更易并串联运用。 磷酸铁锂电池*电池安全问题 磷酸铁锂电池相同有风险性。因为，磷酸铁锂也是一种锂离子电池。从资料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌进程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂彻底相同。 而锂的化学性质十分活泼，很简单焚烧，当电池充放电时，电池内部持续升温，活化进程中所发生的气体胀大，电池内压加大，压力到达必定程度，如外壳有伤痕，即会破裂，引起漏液、起火，乃至爆破。 从技能理论来看，磷酸铁锂电池，对电池的，起火，爆破，等风险性有小部分的改进，但很不彻底，风险性相同杰出。 在各种状况下，电池，外部短路，内部短路，过充。电池，都存在发生风险的或许。 磷酸铁锂电池*运用知识 一、锂离子电池充电 1、对锂离子电池充电，应运用专用的锂离子电池充电器。 2、锂离子电池充电选用“恒流/恒压”办法。 3、充电电压：最大充电电压是4.2V*n(n：串联电池数) 4、充电电流：引荐的充电电流0.5C(如标称容量为1500mAh的电池，充电电流0.5*1500=750mAh) 5、充电温度：电池应在0°C—45°C范围内进行充电。 二、锂离子电池放电 1、放电电流：放电电流应该在1.0C或更小。(假如您期望用大于1.0C的电流对电池放电，请与咱们联络) 2、放电温度：电池应在-20°C到+60°C温度范围内进行放电(作业)。 3、放电中止电压：电池的放电中止电压不该小于2.5V*n(n：串联电池数)。电池过放会使电池寿数缩短，严峻时会导致电池失效。 磷酸铁锂电池*贮存办法 电池可贮存在环境温度为-5°C—35°C，相对湿度不大于75%的清洁、干燥、通风的室内，应防止与腐蚀性物质接触，远离火源及热源。电池电量坚持标称容量的30%到50%。引荐贮存的电池每6个月充电一次。 磷酸铁锂电池*商场剖析 磷酸铁锂质料 磷酸铁锂资料质料职业归于资源性职业，全球各地的锂资源根本已为各大公司圈地所占，咱们以为在锂资源职业对风险出资现已失去战略性进入的价值。磷源化合物归于传统的化工耗费品，现已具有十分老练的供货商。相对而言，高质量的铁源化合物国内暂无占有绝对优势的供货商，存在必定的出资机会，出资者能够重视深圳硕田科技，合肥亚龙等在这一范畴领先的企业。 国内磷酸铁锂正极资料厂商状况 现在国际上磷酸铁锂资料知名的厂商首要是美国A123、加拿大的Phostech以及美国Valence。这些厂商都现已开展出十分红熟的量产技能，其间最大的产能5000吨/年以上。我国企业从2001年就连续启动磷酸铁锂资料开发，历经6年时刻，北大先行终在2007年突破了磷酸铁锂从试验室技能到中试出产技能的一系列技能及工程问题，并在完善相关工艺进程中，使得磷酸铁锂电池的安全性得到了较大程度的进步与确保，奠定了磷酸铁锂产品系列化和规划工业化的根底。总体来看，国内对磷酸铁锂的技能研制水平及工业化程度与国际根本同步。在产能方面我国的资料供货商与国外大厂差不多，价格比国外要低，但资料加工功用和安稳性略逊一筹。现阶段全国约有50多家电池资料出产厂商，其间真实进入工业化批量出产的仅有天津斯特兰、北大先行、苏州恒正等十余家。虽然真实具有供货才能的企业为数不多，但标明我国企业抓住了此次锂电池开展机会，使我国锂电在动力电池的工业化走在国际前列。能够看出，国内一切磷酸铁锂资料厂家的产品均各有优缺陷，没有一家厂家在技能上绝对的优势，也未有厂家能大规划的量产。 锂电池电解液厂家状况 电池用磷酸铁 第3篇 摘要：本文经过对磷酸铁锂电池的技能特性剖析，结合其时正在进行的磷酸铁锂电池测验、试点运用状况，首要对磷酸铁锂电池在通讯职业运用中的一些首要问题进行评论剖析。 要害词：磷酸铁锂电池；充放电特性；充放电电压；BMS 容量核算 一、现在，在通讯职业中所许多运用的阀控式密封铅酸蓄电池，经过数年的建造及运转维护经验总结，首要存在能量密度低、运转环境温度要求高、放电功率低、寿数短、铅污染严峻等缺陷。 跟着事务的开展、节能减排的需求，在新形势下通讯职业对蓄电池有了更好的要求，需求革命性的技能进步才能够处理上述问题，为了加速磷酸铁锂电池在通讯职业的推行运用，我国移动正积极开展试点研讨作业，探索我国移动引入磷酸铁锂电池的安全性、适用性和经济性。 本文经过对磷酸铁锂电池的技能特性剖析，结合磷酸铁锂电池测验、运用状况，首要对磷酸铁锂电池在通讯职业运用中的一些首要问题进行评论剖析。 二、磷酸铁锂蓄电池技能特性 二（一）磷酸铁锂蓄电池作业根本原理 磷酸铁锂电池作业根本原理与铅酸电池完结不同。电池充电时，Li+从磷酸铁锂资猜中搬迁到晶體外表，从正极板资猜中脱出，在电场力的效果下，进入电解质，穿过隔阂，再经电解液搬迁到负极石墨晶体的外表，然后嵌入负极石墨资猜中。与此一起，电子流经过正极的铝箔，经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铜箔电极，再经导电体流到石墨负极，使负极的电荷达至平衡。 电池放电时，Li+从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解质，穿过隔阂，再经电解质搬迁到磷酸铁锂晶体的外表，然后从头嵌入到磷酸铁锂的资猜中。与此一起，电子经导电体流向负极的铜箔电极，经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极，然后再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷达至平衡。 二（二）磷酸铁锂电池充放电特性 磷酸铁锂电池充电时，可分为恒流充电和限压充电两个进程，首先是恒流充电，当电池电压到达3.6V时电池转入3.6V恒压充电，直至电流减小至初始充电电流的10%或许为零。磷酸铁锂电池放电时，放电电压十分平稳，一般在3.2V左右，放电后期（首要指剩下的10%容量）的电压改动较快，放电的截止电压一般能够到2.5V左右。 二（三）磷酸铁锂电池温度特性 经过许多试验标明：环境温度对磷酸铁锂电池充、放电功用和循环寿数有必定的影响。 二（三）①环境温度对电池充电的影响 因为磷酸铁锂资料自身的电化学特性，该电池的低温充电功用稍差，充电温度要求在-10℃以上，否则电池的不可逆容量会跟着温度的下降而升高。 二（三）②环境温度对电池放电的影响 环境温度对磷酸铁锂电池放电影响相对铅酸蓄电池要小许多，对同等规范的两种蓄电池进行温度特性测验，磷酸铁锂电池要比密封阀控铅酸电池容量高出20%左右。 二（三）③环境温度对电池循环寿数的影响 经过对50Ah/3.2V磷酸铁锂电池在不同环境温度下进行循环寿数测验发现：常温时（25℃左右），电池循环寿数约为2000次，60℃温度时，电池循环寿仅为25℃时的一半。 三、磷酸铁锂电池充、放电电压设置问题 三（一）磷酸铁锂电池充电电压设置 磷酸铁锂电池充电进程中，首先是恒流充电，电池电压初期有较大上升，之后趋向平缓，当电池电压上升到3.6V时标明电池已充溢，此刻电流敏捷减小至初始充电电流的10%或许为零，电压敏捷上升。假如此刻不对充电电压进行约束，电池很快就发生过充电，其电池过充特性状况如图1-1所示： 图1-1：磷酸铁锂电池过充特性曲线 当电压到达约4.2V以上时电解液开端逐渐分化发生气体（如CO2 CH4 C2H4等），导致电池发鼓；当电压到达10.0V时，电流开端下降，此刻电解液根本分化完，电池温度升到70度左右后开端缓慢下降。 为了防止电池过充，有必要将电池充电电压约束在4.2V以下，一起考虑到选用-48V供电的通讯设备最大承受电压为-57～-60V，因而磷酸铁锂电池充电电压主张设置为3.6～3.7V。 三（二）磷酸铁锂电池放电截止电压设置 磷酸铁锂电池放电时，电池放电电压十分平稳，一般在3.2V左右，放电后期（首要指剩下的10%容量）的电压下降十分快。若不加以操控，电池很快就发生过放电。 为了防止电池过放，磷酸铁锂电池放电截止电压有必要约束在2.0V以上，一起考虑到选用-48V供电的通讯设备最小承受电压为-40V，因而磷酸铁锂电池放电截止电压主张设置为2.7V以上。 四、电池办理体系（BMS）挑选问题 因为磷酸铁锂电池制造工艺杂乱及锂离子的相对活泼性，所以电池组中的单体电池电压就存在不共同的现象，再加上铁锂电池充、放电曲线末端的比较陡，在蓄电池组充、放电进程中，细小的不共同就或许导致整组电池中某节电池到达过充或过放电压点，然后加重落后电池的损坏。 从许多试验来看，现在还很难经过操控整组电池电压防止在蓄电池组充、放电进程中某节电池过充、过放的现象。 依据上述原因，为确保电池功用杰出，延伸电池运用寿数，需装备BMS对单体电池进行合理有用的办理和操控。 BMS首要效果：在蓄电池组充、放电进程中，对单体电池进行过充、过放维护。 BMS作业原理：当单体电池充电电压超越允许值时，当即中止充电，断开充电设备与电池组的衔接；当单体电池放电电压低于维护值时，当即中止放电，断开用电设备与电池组的衔接，并伴有报警提示。 五、磷酸铁锂电池对开关电源充电办理功用的要求 现在开关电源电池充电办理功用都是依据铅酸电池充电特性规划的，铅酸电池首要选用恒压限流办法进行充电，而磷酸铁锂电池则选用先恒流后限压办法进行充电。因为现有的开关电源不具有恒流功用，假如用于磷酸铁锂电池充电，可借助开关电源的限流功用来完结。 经过试验发现，磷酸铁锂电池内阻十分小（如48V电池组约为10mΩ），初期充电电流十分大，假如开关电源来不及限流，将会引起整流模块过载损坏。为了防止此问题，与磷酸铁锂电池合作运用的开关电源限流调整精度要求到达1%，监控调整时刻步长为2-5s，限流值设置为充电电流0.1C10。 定论 磷酸铁锂电池储能体系的运用研讨 第4篇 为了进步电网功率、安稳性, 早已将铅酸电池引入电网中作为储能设备, 但因为铅酸电池自身的短寿数, 充放电倍率小等原因, 一直无法满意电网储能运用的要求。跟着电池职业研讨的深化, 呈现的磷酸铁锂电池因其寿数长、安全功用好、本钱低等长处, 成为储能设备的抱负挑选[1,2,3,4,5,6,7]。 2 蓄电池功用比较 磷酸铁锂电池与其他动力电池比较, 循环寿数长出4倍, 比能量也高许多, 单体电压也是电池中最高的, 安全环保, 可是因为资料和出产技能的原因, 其本钱较高, 不过磷酸铁锂电池在锂离子电池中本钱是较低的。 3 磷酸铁锂电池功用 由图1能够看出单体磷酸铁锂电池在15年间运用后容量由190Ah下降到150Ah, 下降40Ah。从根本上讲, 影响锂电池寿数的一个要害要素是固体电解质界面膜。在锂离子电池初次充放电进程中, 电极资料与电解液在固液相界面上发生反响, 构成一层掩盖于电极资料外表的钝化层。这种钝化层是一种界面层, 具有固体电解质的特征, 是电子绝缘体一起是Li+ 的优秀导体, Li+ 能够经过该钝化层自由地嵌入和脱出, 这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜” (solid electrolyte interface) , 简称SEI膜[8]。SEI膜具有有机溶剂不溶性, 在有机电解质溶液中能安稳存在, 并且溶剂分子不能经过该层钝化膜, 然后能有用防止溶剂分子的共嵌入, 防止了因溶剂分子共嵌入对电极资料构成的损坏, 能够很大进步电极的循环功用和运用寿数。 由图2能够看出同块电池放出的容量和温度凹凸是相关的。跟着温度的升高电池放出的容量在变大, 可是电池在放电渠道上放出来的容量才具有运用价值, 因为过了放电渠道后电压会急剧下降, 电池办理体系 (BMS) 也会对电池进行维护, 会使体系待机直至停机。磷酸铁锂电池放电渠道在3.3V左右, 由功用曲线能够看出60℃下电池放出的容量最多, 可是高温会损坏电池自身的内部机理, 使电池更易承受充电电流, 也加速了栅极腐蚀速度和气体的生成析出, 然后缩短其寿数, 所以常常坚持运用环境在常温25℃时是发挥电池功用及确保运用寿数的要害条件。 电池充电时先恒流充电至充电截止电压后转恒压充电, 即蓄电池浮充。关于蓄电池来说, 充电办法包含恒流充电, 恒压充电和恒功率充电, 可是每一种充电办法都是充至截止电压时转为蓄电池浮充电办法, 便是改用小电流给电池继续充电, 也叫涓流充电。这种浮充状况对电池有许多长处。首先在浮充电压范围内时电池的栅板腐蚀处于最慢的状况, 可延伸电池运用寿数;再次, 能够弥补电池因自放电构成的容量丢失, 确保电池充足电力;还有能够按捺活性物质重结晶构成的硫酸盐化。这个浮充电压不是人为设定的, 而是电池出厂时电压设定了浮充电压, 只需今后电压处于浮充电压范围内时就自动构成了浮充电流。图4显现的是将纵坐标调到3.2V到3.36V之间时电池的放电特性, 能够很直观地看出电池3.3V左右的放电渠道。 关于磷酸铁锂单体电池而言有许多长处, 可是由所以新型电池, 出产技能水平有限, 构成电池间存在着共同性的问题, 而储能体系均是由许多的单体成组构成, 除了对单体电池功用有要求外, 对成组今后体系的功用要求更高, 所以研讨成组后电池堆功用更有实用价值, 下文便展开对锂电池堆的运用剖析。 4 运用剖析 以某微网中储能体系为例, 储能设备是由432支单体180Ah, 3.2V磷酸铁锂电池构成两并216串额外容量248kWh, 额外电压691.2V的电池堆, 接入微网400V侧Ⅰ段母线。 4.1 体系参数设置 体系中电池堆充溢电时总电压在720V左右, 这是因为充溢电后, 大部分的电池电压在3.35V邻近, 依照体系结构发生的总电压就在720V邻近, 而每次充电后每支电池的电压都不相同, 是因为电池中共同性问题的存在, 故每次充电完毕后的总电压也都不尽相同。体系放电完毕后, 电压常在692V邻近, 这是因为电池办理体系为了维护电池进行了参数设置, 使电池在放电完毕后电压常在3.2V邻近。 因电池厂家针对运用方对电池循环寿数的要求和自身电池的维护, 在电池办理体系中进行了告警和维护的设置。当体系检测到电池的参数到达报警门限时, BMS会与逆变器通讯, 逆变器宣布待机的指令, 下次操作只需正常操作就能够恢复;当参数到达维护门限时, 逆变器下发停机毛病指令, 下次操作需求人为检查呈现维护事情的原因并批改才能够操控电池堆, 这样便能够更好地维护电池堆。本体系将单体充电过压告警设置为3.6V, 充电过压维护为3.9V, 放电欠压告警为3V, 放电欠压维护为2V, 这样电池堆充电过压告警门限遍设为777.6V, 过压维护门限为842.4V, 放电欠压告警门限设为648V, 欠压维护门限为432V。一起为了确保电池堆的运用年限, 初始充放电深度设置在67%, 可确保循环寿数高于5500次, 依照1天1充1放核算, 则可运用15年。所以因为门限值的设置, 使电池堆供给的能量缺少248kWh, 在BMS中, 初始设置额外电池堆容量为190kWh, 校对电池容量为190kWh, 剩下电池容量为0kWh。额外电池容量是由厂家供给的, 校对电池容量是指电池实践能够充入/放出的容量, 剩下电池容量便是依据额外容量和校对容量的差值得到的剩下容量, 而显现屏中显现的荷电状况 (soc) 为剩下电池容量与校对电池容量的比值。这样的初始设置, 使得soc对应于0%到100%之间改动。 4.2 电池的电压跳变 图5和图6由BMS软件中得到, 图5为1号电池组充电完毕时的示意图, 图6为1号电池组放电完毕时的示意图。 图5中可看出电池共同性的差异, 在充电进程中要比充电完毕静置后电压差值大, 充电中最大电压差值为50mV, 即差值比为1.5%, 这个值很小并且在动态中。静置后每一支电池的电压都差不多在3.33V左右, 相差很小。一起能够经过长时刻的监测, 找出容量小的或大的电池来便于替换, 以免损坏电池堆的全体功用。图5中显现充电完毕后电压有一个回落。图6相同也能够看出放电进程中比放电完毕静置后电压差值大, 放电完毕后电压有一个上升, 静置后每支电池的电压差也会变小。这一次的循环充放电标明电池在充放电时电压会不断的动摇, 而充放电完毕时都会有一个小的电压跳变。 因为电池自身有内阻, 在外接电源给电池充电中, 内阻会有必定分压, 当BMS检测电池电压到3.6V时, 通讯至逆变器, 逆变器下发待机指令, 即断开充电回路, 内阻分压就会瞬间消失, 所以电池两端电压 (能够理解为开路电压) 就会瞬间减小, 到达必定值;当电池放电中, 电池为电源, 内阻当然也会发生电压, 当检测到达报警门限电压时, 体系待机中止放电, 内阻分压也回瞬间消失, 所以电池电压就会瞬间增大, 到达必定值。所以因为内阻分压的存在就会呈现电压跳变这一现象。而内阻分压这一现象能够定义为“电池虚压”。 电池虚压的存在有必定长处, 在BMS中设置有门限值, 在充放电进程中只需有一支单体电池的虚电压到达门限值就会呈现告警, 所以体系待机。这样一来, 能够更好地维护电池, 只需BMS不呈现问题就不会呈现严峻的过充过放现象。可是, 电池虚压的存在也会导致电池不易发挥更大的功用, 所以电池内阻越小越好, 一起设置好门限值对发挥功用也至关重要。本体系设置的门限值只能让储能堆放出82.6%的容量, 这样能够确保电池的运用寿数, 确保循环次数。 4.3 均衡剖析 本体系中选用自动均衡, 又名有源均衡, 便是在某支电池挨近过充时, 经过搬移该电池充电电流到其他没有充溢的电池中去, 而不是像被迫均衡相同充电电流变成热, 相同放电进程也相同。因为没有热耗散问题, 所以体系均衡电流能够比较大, 均匀均衡电流为2A, 最大能够做到5A。均衡电路如图7所示。 本体系中的均衡是在充电进程中进行均衡, 放电时不做均衡。当一支电池电压高了, 就把电流搬移到临近的两支电池中, 当一支电池电压低了, 临近的两支电池就把电流搬移到该支电池, 直到在均衡敞开电压差门限值以内时中止搬移。本体系均衡敞开电压门限值为3.3V, 即电池电压到达3.3V就敞开均衡电路进行动态均衡;均衡敞开电压差门限值为0.02V, 即在两支电池电压差到达0.02V时敞开均衡。图8为关均衡和开均衡时第2串电池的功用比照, 图9为关均衡和开均衡时第1组电池的充电功用比照。 图8中系列1是关掉均衡时第2串电池的电压充电曲线, 系列2是敞开均衡时第2串电池的电压充电曲线。选第2串是因为在BMS软件中发现第2串在一切电池中的电压是最高的。两者都是在电池静置时开端充电, 系列1中电压偏高, 所以敞开均衡时能够更好地涣散电流, 让每一块电池的电压巨细更趋于共同。图9中, 前面的充电曲线为关均衡时的充电曲线, 再以相同倍率对电池放电, 然后敞开均衡充电。因为电池是新电池, 电池的内阻和容量都很挨近, 所以开/关均衡时效果并不显着, 可是关均衡时第1组电池的电压仍是较开均衡时偏高, 并且经过BMS记载的数据, 关均衡时显现充入187kWh, 开均衡时显现充入191kWh, 所以开均衡时电池充入的容量比较多, 多均匀充入2.1%。而关均衡充电时最大电压差为0.0373V, 开均衡充电时最大电压差为0.0318V, 这阐明在动态充电中本体系具有必定的均衡效果, 充溢电后最大电压差为0.0057V, 电池组内电池共同性很好, 满意体系的要求。其它组电池状况相同, 具有杰出的共同性。 5 定论 该体系中, 为了确保电池寿数, 充放电时最大运用0.3C即108A的电流, 因为很大的电流充放电易使锂离子许多集合构成枝晶, 会刺穿隔阂构成电池内部短路, 对电池构成损伤, 正常运转经常运用0.2C邻近的电流充放电。经多次的充放电试验, BMS显现均匀充入或放出的电量在206kWh邻近, 逆变器显现均匀充入或放出的电量在212kWh邻近, 故该体系逆变耗费大概在2.8%;而电池堆均匀充入常在207kWh邻近, 均匀放出常在200kWh邻近, 故体系储能功率大致在96.6%。满意电网储能的运用要求。 本文中解说了电池电压跳变的原因, 一起提出了“电池虚压”这一概念, 确认了电池办理体系设置的门限值和校对电池容量值, 确保了储能体系的正常运转, 并经过充放电试验验证了体系中自动均衡的效果, 为其它微网储能的运用供给了依据。 参考文献 [1]张宾, 林成涛, 陈全世.电动轿车用LiFePO4/C锂离子蓄电池功用[J].电源技能, 2008, 32 (2) :95-98. [2]王治华, 殷承良.电动轿车用LiFePO4锂离子电池安全性剖析[J].电池工业, 2008, 13 (3) :169-172. [3]赵淑红, 吴锋, 王子冬.磷酸铁锂动力电池工况循环功用研讨[J].电子元件与资料, 2009, 28 (11) :43-47. [4]张宾.电动轿车用动力锂离子电池的电压特性[J].电池工业, 2009, 14 (6) :398-403. [5]华宁.锂离子蓄电池正极资料LiFePO4研讨开展[J].电子元件与资料, 2007, 26 (12) :1-4. [6]赵新兵, 谢健.新型锂离子电池正极资料LiFePO4的研讨开展[J].机械工程学报, 2007, 43 (1) :69-76. [7]张宾.电动轿车用磷酸铁锂离子电池的PNGV模型剖析[J].电源技能, 2009, 33 (5) :417-421. 电池用磷酸铁 第5篇 2010年01月26日 作者：陈东 关勇辉 陈苗 戴扬 刘辉 来历：《我国电源博览》第104期 修改：李远芳 摘要：锂离子电池大型化运用的首要障碍包含本钱、寿数和安全问题。磷酸亚铁锂正极资料是处理这些问题的要害资料之一，但该资料极低的本征电导率添加了其运用的困难。本文从颗粒纳米化、外表包覆碳，本体掺杂等方面总述了进步磷酸亚铁锂资料电子和离子导电才能的的改性研讨及工业化开展。 要害词：锂离子电池；正极资料；磷酸亚铁锂 导言 锂离子电池是一种高效致密的储能器件。锂离子电池技能的开展趋势是追求更高的质量与体积比能量、更高的比功率、更长的循环与服役寿数、更低的运用本钱，一起愈加强调器件的环境习惯性和安全性，其运用范畴已从手机、笔记本拓展到电动工具、轻型电动车、混合电动车、电信备电、空间航天等范畴。锂离子电池的安全问题一直是工业界和科研界重视的焦点。处理办法首要包含：规划安全的电芯物理结构、选用热安稳性更高的电极资料、选用有机或无机电解液添加剂、隔阂选用三层复合或有机/无机（陶瓷）复合结构、革新传统氧化复原反响电极资料为有机自由基反响资料等。 从安全问题发生的化学反响机理看，挑选电化学和热安稳的锂离子电池电极资料是预防电芯滥用导致安全问题的最根底也是最重要的手法。高容量的正极资料LiNi0.5Mn0.5O2和以LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为基准的镍钴锰三元层状资料（3M专利）在安全性上较LiCoO2有了较大进步，但这些氧化物的热安稳性还不能令人满意。以LiFePO4为代表的聚阴离子结构磷酸盐资料因为其杰出的内禀安全、超长循环寿数、宽电化学窗口、低本钱等特色遭到了广泛重视。磷酸盐资料还包含高电位的单电子氧化复原嵌入化合物如LiMnPO4LiCoPO4[11, 12] [5-7] [4] [8-10] [3] [2] [1]、LiVPO4F、、LiNiPO4[13][11] 和具有高电化学容量特色的多电子氧化复原嵌入化合物如 [14, 15]Li2NaV2(PO4)3和Li3V2(PO4)3。本文首要介绍最老练的磷酸盐-磷酸亚铁锂资料的最新研讨及工业化开展。磷酸亚铁锂的本征结构、物理特性与运用壁垒 LiFePO4是一种橄榄石结构的聚阴离子磷酸盐，P-O键十分强，资料热力学安稳，运用安全可靠，是其时最受重视的锂离子电池正极资料之一。该资料电化学彻底脱嵌锂时，晶格a，b轴方向别离缩短5%和3.6%，c轴方向伸长2%，晶格体积畸变较小，约6.6%，晶格形变小，资料结构安稳，循环寿数极长。LiFePO4还具有无毒、对环境友好、质料丰厚、比容量（理论容量为169 mAh/g）与库仑功率高、充放电渠道平稳(3.45V vs.Li/Li)、比能量和 + 比功率高级长处，因而该资料十分适合于对安全性、循环寿数、功率特性、运用本钱等极为灵敏的大型电池运用范畴。 LiFePO4 的充放电进程可大致表述为：LiFePO4?FePO4+Li+e。在室温下LiFePO4的脱嵌锂行为实践是一个构成FePO4和LiFePO4的两相界面的两相反响进程。NewmanDodd[18] [4] [16] +、Yamada [17]、等别离体系地研讨了LixFePO4充放电进程中的相变进程（见图1）。 图1 磷酸亚铁锂充放电进程的相变 LixFePO4是一种典型的电子离子混合导体，禁带宽度为0.3 eV，室温电子电导率相当低，约10-9S/cm；LixFePO4室温离子导电率也相当低(~10-5S/cm)，橄榄石的特征结构使得锂离子的体涣散通道少（仅能完结准一维涣散），在LixFePO4脱嵌锂的两相反响中，LiFePO4和FePO4中的理论锂离子涣散系数约为10cm/s和10 cm/s-162[20] 2-7 2[19]，而实践丈量发现锂离子在-1 42LiFePO4和FePO4中的“有用”涣散系数或许比理论值低7个数量级，别离为1.8×10 cm/s和2×10 cm/s。因而要使LiFePO4用作锂离子电池正极资料有必要一起进步其电子电导和离子电导，改进其电化学界面特性。 磷酸盐亚铁锂资料改性办法 进步磷酸亚铁锂资料电导率的首要办法包含：颗粒纳米化；外表包覆导电层，如纳米碳层；对磷酸亚铁锂进行体掺杂；组成进程中在磷酸亚铁锂资料外表生成杰出电子电导的Fe2P、Fe3P和Fe15P3C2相；改进磷酸亚铁锂资料的外表描摹，如Valence Technology公司提出选用CTR（Carbothermal Reduction）办法 [21] 将导电碳涣散在磷酸盐颗粒间。颗粒纳米化是进步锂离子电池资料电导率最常用办法之一。经过下降磷酸亚铁锂的颗粒规范，缩短锂离子的有用涣散行程，能有用进步资料的离子电导率。颗粒纳米化会下降资料的电子电导率，因而资料组成时一般也引入金属离子掺杂和导电资料包覆，另一方面，碳包覆尤其是原位碳包覆又能有用调控磷酸亚铁锂资料的纳米颗粒规范。在磷酸亚铁锂资料的实践组成时，常常是几种办法一起选用，几种机理效果共存。 掺杂改性是进步电学功用资料的电子和或离子电学输运特性、进步资料的结构安稳性的最常用手法。常用来对磷酸亚铁锂进行体相掺杂的金属离子包含Mg、Ni、Co、Al、Ti、Zr、Nb、W等4+5+6+[21-24] 2+ 2+ 2+ 3+ 4+ [22]。Chunsheng Wang等研讨发现（见表1），掺Mg能显着进步磷酸盐亚铁锂的电子电导，并小幅进步离子电导，归纳效果是电子电导和离子电导处于同一数量级；掺Ni后电子电导率的进步率更为显着，但离子导电率简直不变；在25℃下，LiFe0.95Mg0.05PO4倍率特性显着优于LiFe0.95Ni0.05PO4。2002年MIT资料系Y.M.Chiang研讨组报导的成果引人注目[24] 5+，该研讨发现磷酸亚铁锂资料掺杂Nb等金属离子进入Li 4a方位后生成空穴载流 2-3-5子，资料的电导率进步到了3×10~4×10 S/cm，乃至超越氧化物正极资料LiCoO2(~10S/cm)和LiMn2O4(~10 S/cm)的电导率。 表1 LiFe0.95Mg0.05PO4、LiFe0.95Ni0.05PO4和LiFePO4电子和离子电导率 [24] 可是Y.M.Chiang的定论存在很大争议，首要是：掺杂能大幅进步资料的电子电导率，而实践上此刻资料电导率的约束步骤或许是锂离子的涣散才能或离子电导率，纳米化下降锂离子的涣散难度或许才适合于解说文中现象；如此大起伏进步资料电子电导率的本因或许并不是掺杂构成“Li1-xNbxFePO4”，而是有其他导电才能更好的物质生成所构成的。Nazar等 [25] 以为，磷酸亚铁锂资料体电导率的显着进步并不是由掺杂引起，而是因为组成进程中特别是高温下简单在磷酸盐外表生成如Fe2P等纳米金属磷化物导电网络所构成的，导电网络进步磷酸盐晶界电导。Prosini等[26] 发现未掺杂的纳米或亚微米级（100～150nm）磷酸亚铁锂资料在3C [27]以下倍率放电时相同具有杰出的倍率特性。Masquelie等发现即便不掺杂、不包覆碳，粒 [28]径在140 nm左右的磷酸亚铁锂在5C放电倍率下具有147mAh/g的高比容量；他们还以为 根本无法将Nb掺杂进入磷酸亚铁锂生成所谓的“Li1-xNbxFePO4”，进步磷酸亚铁锂资料电子电导率、改进其电化学功用的主因在于NbOPO4和/或(Nb, Fe, C, O, P)导电网络的生成。实践上，早在2001年，Yamada等 [29] 就现已提出下降资料的粒度是克服磷酸亚铁锂中锂离子涣散受限问题的有用办法。Y.M.Chiang等在近年也开端集中于磷酸亚铁锂的纳米颗粒效应的研讨（美国运用专利：US2007/0031732A1 和US2007/0190418A1）。 碳包覆也是进步磷酸亚铁锂资料功用的最常用改性手法，碳包覆不只能够进步磷酸亚铁锂资料的电子电导率，还能够有用操控磷酸亚铁锂粒子的晶粒长大，是获取纳米颗粒、进步锂离子涣散才能的有用手法。加拿大蒙特利尔大学、Hydro-Quebec研讨院、和德州大学Goodenough小组对有机物碳源碳包覆办法进行了一系列卓有成效的研讨，其影响也最大。1999年，Ravet和Goodenough等 [30] 最先提出了有机物（蔗糖）作为碳源对磷酸亚铁锂资料 [4]进行原位碳包覆改性，发现在高温下含1%碳的磷酸亚铁锂资料在1C倍率下的放电容量高达160 mAh/g，已挨近理论容量，这较Padhi和Goodenough在1997年报导的成果有了质的腾跃，自此碳包覆改性研讨成为磷酸亚铁锂最重要的改性办法之一。2001年，Nazar等 [31] 结合碳包覆和纳米粒子的概念，第一个真实意义上显现了碳包覆的纳米或亚微米规范的磷酸亚铁锂具有极优的倍率特性（5C倍率下，容量高达120mAh/g），成果标明，选用碳包覆能够一起进步磷酸亚铁锂的电子电导和离子电导。但Nazar等未对碳的含量以及磷酸亚铁锂的粒度进行优化，也未考虑资料的体积比能量问题（文中碳含量高达15%，将极大下降资料的振实密度）。Dahn等[32]随后尝试了多种碳包覆的办法期许下降LiFePO4/C复合电极中碳的含量来全面进步资料的质量比能量、体积比能量和振实密度，他们指出对磷酸亚铁进行碳包覆改性时，有必要归纳考虑组成与制备办法对资料容量、倍率才能以及振实密度的影响。2003年，Valence的Baker等[21]报导了选用“碳热复原”（CTR-Carbothermal Reduction）办法制备碳包覆（选用碳改性的提法或许更为恰当）的磷酸亚铁锂资料，该办法选用磷酸二氢锂、氧化铁等为首要原资料，碳为复原剂和碳源，运用碳热复原法组成的资料其放电容量可达156 mAh/g；该组成办法的一个显着特色是资料组成中掺入金属离子，一起碳能涣散在细小的一次颗粒间，一起弥散在二次颗粒间，资料导电才能十分好。结合Valence公司供给的产品信息看，CTR不只是正如文中所提是最或许完结工业化的办法，好像也是一种归纳优化资料容量、倍率才能以及振实密度的抱负办法。 碳包覆作为有用进步磷酸亚铁锂功用的办法现已越来越遭到重视。研讨者开端体系研讨不同碳源、包覆碳层的组成、包覆碳层厚度等对磷酸亚铁锂电化学功用的影响。浙江大学赵新兵等[33, 34]选用聚丙烯替代无机碳粉作为碳源，别离以FePO4和Fe2O3 为铁源经一步固相反响法 3+组成LiFePO4/C复合资料；研讨成果标明，聚丙烯高温分化发生的碳有用地按捺了LiFePO4晶粒的集合长大，不同Fe铁源得到的产品粉体均略呈球形，描摹相差很小，颗粒规范在300～600nm之间，二者初次放电容量相差也不大，均为160 mAh/g（0.1C）左右。赵将这种办法的长处总结为[34]：高分子聚合物的分化产品（原子态H和C）具有高于固态碳资料的复原才能，然后可下降组成温度、缩短反响时刻；高分子聚合物分化的碳在反响体系中呈原子 级涣散状况，然后可完结对组成产品的均匀包覆，并在颗粒之间构成彼此连通的导电碳膜；固相组成中原位包覆的碳膜下降了磷酸铁锂颗粒的长大速度，然后有助于对正极资料颗粒规范的有用操控。Doeff等 [35, 36] 研讨了不同碳源与原位包覆的外表碳层的结构对LiFePO4电化学功用的影响，他们以为碳纤维和碳纳米管能显着增强磷酸亚铁锂的功用；LiFePO4/C复合资料功用还取决于碳的结构而非含量，其电化学功用激烈依赖于外表碳层中无序碳与石墨化碳组分的份额，石墨化碳份额高的资料倍率功用更好；并且因为石墨化碳中sp杂化的碳电导率大于sp杂化和无序碳的电导率，因而LiFePO4 的电化学功用与包覆层的碳中sp/sp份额呈正相关，图2为LiFePO4/C复合资猜中碳结构与资料电导率的联系。Dominko等 323[37] 2选用溶胶-凝胶法制备了不同碳层厚度的多孔、结晶杰出的LiFePO4/C复合资料，研讨了碳含量和碳包覆层厚度的联系，发现包覆碳层的厚度跟着含碳量的添加而添加（从1nm添加到了10nm）；含碳量3.2%时（包覆碳层厚度约1nm），在1C倍率下的放电其比容量约为140mAh/g。 图2 LiFePO4/C复合资猜中碳结构与资料电导率的联系 重要组成途径与工业化开展 磷酸亚铁锂资料的组成办法首要分为固相法和液相化学法，在实践工业化出产进程中一般引入球磨、喷雾或冷冻干燥 [38] 及造粒、机械或气流破坏及分级等手法进步制程才能。 磷酸亚铁锂的组成途径可依据所用的铁源不同，分为以亚铁盐为铁源的“亚铁盐化合法”和“三价铁源化合物法”。铁源选用亚铁盐的固相烧结办法其典型质料包含Li2CO3、草酸亚铁和NH4H2PO4或(NH4)2HPO4，质料均匀混合后在惰性气体维护下烧结；三价铁源的固相法以Valence和Sony的办法为代表，铁源为氧化铁或磷酸铁；上海交通大学马紫峰等 [39] [4] 也提出了相似Sony的以磷酸铁为三价铁源的高能球磨法。固相法工艺的特色是工艺进程直观，资料的质量比容量和体积比容量均较高，出产进程可完结超低的排放。可是固相法的精确化学计量不易操控，对质料、工艺道路的挑选相当重要，对进程操控的要求也十分高。Valence公司是成功选用固相法完结工业化的典型代表，该公司围绕“CTR”办法申请了许多的磷酸盐资料专利。 液相化学办法一般选用“亚铁盐化合法”，是组成碳包覆掺杂磷酸亚铁锂亚微米和纳米颗粒的有用办法，常见的液相化学组成办法首要有水热法[37, 44] [12, 40-42]、溶剂热 [43]、凝胶-溶胶法、共沉淀法[45]等。以水热组成法为例，一般选用LiOH?H2O，H3PO4和水溶性亚铁盐（如FeSO4）为前驱体，在较低温度下经过水热反响若干小时内直接组成LiFePO4。液相法的长处是组成温度低（低能耗）、反响条件灵活可控、产品的成份结构均匀（少量组成）、能组成纳米级颗粒，缺陷是大规划化出产时对设备要求很高、不简单操控亚铁离子的氧化、不易真实意义上完结名义的化学计量、资料的功用和批次安稳性不易操控、并且易发生有污染的废气和废水。关于凝胶-溶胶法，还存在组成时刻太长而使出产率严峻下降的问题。液相法组成办法还有一个显着的缺陷是组成的资料振实密度较低，资料体积比容量偏低，电芯制程时，资料的加工十分困难（混合和涂布）。Hydro-Quebec公司是液相化学法的典型代表，磷酸铁锂资料一次粒子的粒径在50～250nm之间，室温1C倍率的放电容量高于140mAh/g，60℃下0.25C/1C充放电400次，容量坚持率为98.2% [46]。 迄今，揭露宣称已批量制造依据磷酸亚铁锂正极资料的锂离子电池的公司仅有美国两家公司Valence Technology [47] 和A123systems [48] 。前者宣称是全球首先商业化磷酸亚铁锂电池的企业；后者宣称其纳米磷酸盐电池具有超高的功率特性，现在该公司已接收到红杉本钱、通用电气、摩托罗拉、高通等公司1.5亿美金的出资，产品包含专业电动工具电池组、HEV（Hybrid Electric Vehicle）电池组、PHEV（Plug-in）电池组和BEV（Battery EV）电池组。在日本，NTT、三井也在积极开发磷酸亚铁锂资料发该资料的队伍，部分厂家已取得了阶段性开展定论 内禀安全、无毒、环境友好、质料丰厚、高功用的锂离子电池正极资料磷酸亚铁锂资料是完结锂离子电池从移动电话、笔记本电脑等小型运用跨越到专业电动工具、备用电源、轻型电动车、混合电动车、电力储能以及航空航天等大型运用的要害资料。为了克服该资料低的电导率带来的运用障碍，研讨人员对该资料进行了包含颗粒纳米化、外表包覆碳及体掺杂 [50-52] [49] 。大陆和台湾也有部分厂商加入开。 等许多改性研讨，并尝试了各种有用组成办法来调控该资料的功用。美国公司的成功工业化将敏捷带动国内磷酸亚铁锂资料及相关工业的开展。 参考文献： 海霸磷酸铁锂电池在移动基站的运用 第6篇 海霸磷酸铁锂电池是一种新型环保资料的电池, 其自身具有体积小、重量轻、能量密度高、长寿数、耐凹凸温、安全功用好、环保无污染等长处, 与铅酸电池用于基站运用比较, 具有无与伦比的优越性。 国家十二五战略规划中, 新动力资料所属的磷酸铁锂电池, 现已被列为国家要点科技战略项目, 并加大了财政和技能支撑, 在风力光伏发电范畴、通讯基站范畴、新动力轿车等范畴开端推行运用。因而咱们有充沛的理由信任, 在未来20年内, 在移动基站范畴海霸磷酸铁锂电池能够全面替换铅酸电池, 完结国家的节能环保战略。 阀控密封铅酸蓄电池瓶颈渐显 现在阀控式密封铅酸蓄电池以其体积小、电压安稳、无污染、重量轻、放电功用高、维护量小等特色, 而成为通讯电源体系的首选电池。但在实践运用中, 达不到理论预期寿数的举目皆是。理论上作业7～10年的电池, 大都在2～3年内损坏, 有的乃至连1年的寿数也达不到, 然后构成了极大的经济丢失。 别的, 因为我国电力开展相对滞后, 全国性缺电较为严峻, 许多区域呈现了电量缺少、用电紧张的局面, 拉闸限电也时有发生, 移动基站遍布城乡各区域、市电的供给缺少, 客观上讲对基站阀控密封铅酸蓄电池的运用维护是极大的检测, 假如维护处理不及时将直接影响到阀控密封铅酸蓄电池的功用及运用寿数。 海霸磷酸铁锂电池的四大优势 海霸磷酸铁锂电池是海霸集团出产的磷酸铁锂为正极资料的锂离子电池, 与铅酸电池比较, 磷酸铁锂电池具有质量轻、耐凹凸温、寿数超长、安全、环保无污染等长处。 1. 环境温度 环境温度过高对阀控密封铅酸蓄电池运用寿数的影响很大, 温度升高时, 蓄电池的极板腐蚀将加重, 一起将耗费更多的水, 然后使电池寿数缩短。蓄电池在25℃的环境下可取得较长的寿数, 长时刻运转温度若升高10℃, 运用寿数约下降一半。别的, 环境温度25℃～0℃时, 每下降1度, 放电容量约丢失1%, 所以电池宜在15℃～20℃环境中作业。 海霸磷酸铁锂电池的运用环境温度为-20℃至70℃, 冬天较为寒冷的时节, 基站室内温度可低至-15℃, 酷热时节基站室内可到达50℃, 在此温度范围内, 海霸磷酸铁锂电池均有很好的功用表现。环境温度对海霸磷酸铁锂电池的影响要远远小于对铅酸电池的影响。 2. 过度充电及过度放电 铅酸电池过充电状况下, 正极因析氧反响, 水被耗费, H+添加, 然后导致正极邻近酸度添加, 板栅腐蚀加速, 使板栅变薄加速电池的腐蚀, 使电池容量下降;一起因水损耗加重, 将使蓄电池有干枯的风险, 然后影响蓄电池的寿数。 铅酸蓄电池过度放电首要发生在沟通电源停电后, 蓄电池长时刻为负载供电。当蓄电池被过度放电到其电压过低乃至为零时, 会导致电池内部有许多的硫酸铅被吸附到蓄电池的阴极外表, 在电池的阴极构成“硫酸盐化”。因硫酸铅是一种绝缘体, 它的构成必将对蓄电池的充、放电功用发生很大的负面影响, 因而在阴极上构成的硫酸盐越多, 蓄电池的内阻越大, 电池的充、放电功用就越差, 蓄电池的运用寿数就越短。 海霸磷酸铁锂电池拼装备电池办理体系, 电池办理体系能够监控电池组内各单体电池的电压及电池组的总电压, 在充电和放电进程中, 总电压到达设定值或单体电压到达设定值, 办理体系能及时中止充放电, 使电池组不会呈现过充过放的状况。 3. 长时刻浮充电 直流体系的开关电源供给的浮充电流对阀控式蓄电池而言有三个效果:供日常性负载电流、弥补蓄电池自放电的丢失、维持蓄电池内氧循环。若蓄电池在长时刻浮充电状况下, 只充电而不放电, 势必会构成蓄电池的阳极极板钝化, 使蓄电池内阻增大, 容量大幅下降, 然后构成蓄电池运用寿数下降。别的, 铅酸电池浮充电压的挑选应该随电池的状况进行调整, 不合适的浮充电压或许构成过充, 影响电池的运用寿数, 或许使电池长时刻处于充电缺少的状况。 海霸磷酸铁锂电池的自放电率很低, 放置30天容量坚持率可在98%, 因而电池组长时刻处于浮充状况, 开关电源供给的浮充电流简直全部用于日常性负载电流, 用于弥补电池组自放电丢失的电流很细小。别的, 磷酸铁锂电池对浮充电压的挑选不灵敏, 自身耐浮充, 愈加适用于基站后备电源。 4. 运用本钱 通讯基站用电池组运用本钱需归纳考虑电池本钱、电池运用寿数、运用进程中维护本钱等等。 铅酸蓄电池价格较低, 但因为运用寿数较短, 理论上作业7～10年的电池, 大都在2～3年内损坏, 有的乃至连1年的寿数也达不到, 别的, 在运用进程中需求人工进行检测及维护, 运用本钱十分高。 电池用磷酸铁 第7篇 近年来,磷酸铁锂动力电池因为功用安稳、安全性好、本钱低以及无污染等长处而遭到广泛重视,现在在电动轿车与储能范畴开展敏捷[1,2]。可是,因为电池在循环中存在功用的阑珊行为[3],尤其是高温、低温、过充放等工况条件下[4],其功用下降更为严峻,这显着缩短了电池的运用寿数,很难满意车用动力电池10年以上的寿数要求[5,6]。因而,探究电池在循环中的阑珊机制对进一步改进电池功用和完结动力电池工业化具有重要的意义。 现在电池的阑珊研讨首要是依据非崩溃电池开展的容量的曲线微分法、沟通阻抗法等[7,8,9,10,11,12,13,14]。曲线微分法首要包含增益容量法(IC,Incremental capacity)[7,8,9]和微分电压法(DV,Differential voltage)[10,11,12],这些办法首要是经过对循环老化中的充放电曲线进行曲线微分,进一步经过微分曲线中各个峰的相对改动来判别电池的失效机制。沟通阻抗法首要是经过对循环老化中不同阶段的电池进行EIS测验,经过不同工况条件下电池阑珊中欧姆阻抗(Rb)、SEI膜阻抗(Rsei)以及电荷传递阻抗(Rct)等的改动来解析电池的阑珊行为[13,14]。这几种剖析办法手法单一,无法深化地了解电池内部所发生的失效状况,例如电极的结构、描摹以及功用等的改动。因而本试验选用电池的崩溃剖析办法,对电极资料的失效行为进行了详细深化的剖析,经过崩溃与非崩溃的电化学行为剖析,研讨了电池高温下的循环失效机制。 1 试验 1.1 动力电池的制备 拼装18650型LiFePO4/graphite动力电池,规划电池容量为1.1Ah。电池运用碳包覆LiFePO4作为正极资料,人造石墨作为负极资料,聚丙乙烯为隔阂。电池的拼装在充溢氩气的手套箱中进行。运用BS-9300锂离子电池测验柜对电池进行化成测验。化成步骤为首先以0.05C对电池充电至2.0 V,然后0.1C充电至3.65 V,恒压至电流小于55mA,接着以0.5C放电至2.0 V。电池化成后以0.5C在2.0~3.65V之间循环3次以安稳电池的功用。 1.2 电池的循环功用测验及电化学功用、结构表征 选用5V、6A的新威电池测验仪对电池进行了倍率放电测验和循环功用测验。循环功用测验分为25℃与55℃两组进行,每组3只电池进行试验。测验流程为1C倍率下首先进行恒流恒压充电,放置15min,然后1C倍率恒流放电测验。电池的环境温度由Espec调温调湿箱供给。在循环800周后,在25℃、60%SOC下对一切电池进行EIS测验,测验选用德国Im6eX电化学作业站,振幅5 mV,频率范围100kHz~10mHz。 在循环后对一切电池进行了恒流恒压放电(1C恒流放电至2V,接着2V恒压至电流小于1/20C),在全放电状况下对电池进行了拆解剖析。选用日本扫描电子显微镜对电池进行了结构和外表描摹剖析。进一步经过拼装2032型对锂半电池别离对正负电极进行了容量测验,选用5V、1mA的CT2001A型蓝电测验体系对电池进行了0.1C的充放电测验。 2 成果与评论 图1为LiFePO4/graphite电池在常温下的倍率放电功用。电池以0.5C充电,以不同倍率0.2C、0.5C、1C、5C、10C、15C放电,电池5C、10C、15C的放电容量别离为1C放电容量的97.84%、95.21%、92.06%,电池高倍率放电的渠道杰出,显现了较好的高倍率放电功用,电池表现出较好的动力学特性。 图2(a)显现了电池在1C倍率不同温度下的循环功用,经过800周循环,电池在25℃与55℃容量衰减别离为4.80%、32.96%。能够看到,高温下电池的容量衰减显着添加,标明温度对电池的容量衰减影响显着。在循环前后本作业在60%SOC下对电池进一步进行了EIS测验,图2(b)显现了EIS的测验成果,对测验成果运用图中所示等效电路进行了拟合。图2(c)显现了电池循环前后的阻抗拟组成果。经过800周25℃下循环,电池的Rb与Rct在循环后尤其是55℃下添加显着。Rb为欧姆电阻,代表溶液电阻、集流体电阻等[15]。在高温循环下电池内部的界面反响加速,电解液在反响中被许多耗费,使得电池的Rb显着上升。Rct为电荷传递电阻,Rct的改动首要受界面阻抗的影响[16]。高温下界面反响加速一起导致SEI膜不断增厚,离子导电率下降,锂离子在活性资料和电解液间的电荷转移进程受阻,从而导致Rct的显着添加。 图2 LiFePO4/graphite电池在25℃与55℃下的容量阑珊曲线(a),电池在循环前后的电化学阻抗谱(b),从等效电路模型取得的电池阻抗(c),电池在循环前后的IC曲线(d)Fig.2 Capacity fading curves at 25℃and 55℃of the LiFePO4/graphite batteries(a),EIS curves of batteries before and after cycling(b),resistances of the batteries extracted from the equivalent circuit model(c),and incremental capacity(IC)curves of the batteries before and after cycling(d) 图2(d)显现了电池在循环前后的放电IC曲线,能够看到,新电池的IC曲线中呈现了5个峰,别离对应于石墨电极的5个相变进程[9,12,17],标记为(1)-(5)。在25℃循环后,(1)峰峰强削弱,而在55℃循环后,(1)峰消失。(1)峰对应的是第一个相变进程锂石墨化合物(Li-GIC,lithium-graphite compound)的构成[17],(1)峰的削弱阐明电池发生了活性锂的丢失[8,9],而55℃下发生了较为严峻的活性锂丢失。在高温下,电解液/石墨界面反响增强,界面反响耗费电解液的一起会构成活性锂离子的丢失,这也是高温下电池容量发生敏捷阑珊的首要原因。在55℃下(2)峰峰强也呈现了削弱的行为,标明在高温循环后一起发生了负极活性资料的丢失[6]。从55℃循环后的IC曲线看到曲线上的一切峰均发生了向左偏移,标明在循环中电池的内阻有了显着的升高[12]。在55℃下,电极界面反响增强导致了电解液的耗费和离子电导率的升高,进一步引起了电池内阻的升高。因而,IC曲线标明在高温下电池循环中一起存在活性锂离子和负极活性资料丢失的行为,电池的活性锂离子丢失是构成电池容量衰减的首要要素。 笔者对循环后的电池在全放电状况下进行了拆解,图3(a)显现了LiFePO4电极在循环前后的XRD图谱,能够看到新鲜电极在全放电状况下具有典型的橄榄石型结构。25℃与55℃循环后的电极中LiFePO4均坚持安稳的橄榄石结构,峰位与峰强未发生改动。可是在循环后电极中的FePO4相峰强显着添加,并且跟着循环温度的升高添加更为显着。FePO4相的呈现阐明没有足够的锂与FePO4结合构成LiFePO4,即在循环后电极呈现了缺锂的现象。这一成果标明电池在循环中存在活性锂的丢失且跟着循环温度的升高丢失愈加显着。图3(b)是石墨负极在循环前后的XRD图谱。在阅历800次循环后,电极的峰位与峰强坚持安稳,未发生改动。因而,正负电极的结构在循环中未发生改动,不是构成电池容量衰减的首要要素。55℃下FePO4相的显着添加阐明在高温循环后电池中呈现了较为严峻的活性锂离子的丢失。 图4磷酸铁锂正极(a-c)与石墨负极(d-f)的SEM图谱:循环前(a,d),1C、25℃循环800次(b,e),1C、55℃循环800次(c,f)Fig.4 SEM images of LiFePO4cathodes(a-c)and graphite anodes(d-f):before cycling(a,d),after 800cycles at 1Cand 25℃(b,e),after 800cycles at 1Cand 55℃(c,f) 图4显现了电池正负极在循环前后的描摹改动。图4(a)-(c)是LiFePO4电极在循环前后的描摹,LiFePO4电极在阅历800次循环后,描摹仍未发生任何改动。图4(d)-(f)是电池在循环前后石墨电极的SEM图谱,在循环前石墨电极外表润滑,颗粒概括清晰可见,当电池在25℃下循环800次后,电极外表未发生显着改动,而在55℃下循环800次后,电极颗粒外表变得粗糙,并且电极外表被一层油状物质所掩盖。高温下电极界面反响显着,因而许多的界面反响产品在石墨负极外表构成,构成了SEI膜的增厚。图5显现了电池25℃与55℃循环后石墨负极外表的EDS图谱,能够看到25℃与55℃循环后负极外表除C元素外,还呈现了P、O、F等元素,这些元素都是SEI膜成分的首要组成元素。一起,55℃下负极外表呈现了Fe元素。有研讨指出,正极中溶解的Fe2+在石墨负极外表会被复原并堆积在负极外表,对负极外表的SEI膜生长增厚发生了必定的催化效果,进一步导致电池界面阻抗的添加[18,19]。 图5石墨负极的EDS图谱:1C、25℃循环800次(a),1C、55℃循环800次(b)Fig.5 EDS analysis of graphite electrodes:after 800cycles at 1Cand 25℃(a),after 800cycles at 1Cand 55℃(b) 为了研讨单电极在循环中的容量衰减状况,本试验别离拼装了正负极扣式半电池。图6(a)显现了LiFePO4电极在循环前后0.1C下的容量。在循环前,25℃与55℃循环后电极的容量别离为2.45mAh、2.44mAh、2.42mAh。能够看到在循环前后电极的容量根本未发生衰减。而关于石墨负极(见图6(b)),在循环前,25℃与55℃循环后电极的容量别离为2.54mAh、2.47mAh、2.22mAh,能够看到,循环后的电极均发生了不可逆的容量衰减,尤其是55℃循环后,负极丢失了12.60%的容量。因而,石墨电极的容量丢失是电池容量衰减的第二个要素。 3 定论 (1)电池的容量衰减跟着环境温度的升高显着添加,55℃下电池的容量阑珊到达32.96%,高温加速了电池功用的下降。 (2)选用IC曲线剖析得到电池循环中的容量衰减首要来历于电极中的活性锂离子的丢失,55℃循环下一起引起了负极活性资料的丢失。 (3)LiFePO4与Graphite电极的结构在循环中坚持安稳,未发生显着性的改动,不是构成电池容量阑珊的要素。 (4)55℃下负极外表呈现了Fe元素的堆积,Fe的堆积加速了石墨电极外表膜的增厚并对电池容量的阑珊发生影响。 (5)在25℃与55℃循环前后LiFePO4电极的容量未发生阑珊,而Graphite电极在25℃与55℃下均发生了容量的阑珊并且跟着循环温度的升高阑珊程度添加。 摘要：制备了1.1Ah的18650型LiFePO4/graphite动力电池并研讨了温度对电池循环的效果机制。运用崩溃与非崩溃的研讨手法体系地剖析了电池在循环前后的容量以及正负极资料的描摹、结构与电极容量的改动。成果标明,在经过800周循环后55℃下电池的容量衰减显着,循环后电池的Rb与Rct有较为显着的添加。高温下电池的容量衰减首要来自于活性锂离子的丢失。关于LiFePO4正极,长周期的循环并未对LiFePO4的结构构成影响,一起电极的容量未见衰减。而关于石墨负极,容量在55℃下有12.60%的衰减。在高温循环后负极外表发现了铁元素的堆积。铁元素的堆积加速了石墨电极外表膜的增厚并对电池容量的阑珊发生影响。 电池用磷酸铁 第8篇 要害词：磷酸铁锂电池,高海拔基站,容量核算,优化建造 1 导言 基站蓄电池是坚持通讯电源体系接连可靠运转不可缺少的重要设备, 经过电池与直流母线的并联, 能够运用蓄电池的抗电压突变特性对供电质量进行优化, 一起经过蓄电池放电确保基站设备在沟通停电后的安全运转, 进步基站电源体系的可费用。 高原山区基站因为维护不便, 各通讯运营商往往经过加大蓄电池容量以进步后备时刻。可是, 因为高原基站有着自身特有的高海拔、冬天严寒等地理环境特色, 对蓄电池的装备提出了特别的要求。传统的阀控铅酸电池在高原区域的运用暴露出显着的缺陷:高海拔习惯性缺少、运送不便, 低温下循环次数缺少, 断站率高。 磷酸铁锂电池因为具有重量轻、体积小、循环次数高、确保性强等显着的长处, 逐渐在通讯基站电源体系的运用中锋芒毕露, 但在高原基站运用中有关高海拔及低温习惯性等, 是需求火急处理的问题。 2 磷酸铁锂电池 2.1 根本作业原理 虽然人们对锂离子电池的机理没有彻底掌握, 可是也发生了一些关于锂离子电池作业原理的机理解说。如图1所示, 电池充电时, 在电动势的效果下, 磷酸铁锂 (Li Fe PO4) 中比较活泼的Li, 被部分电离成锂离子x Li+和电子xe-, x Li+从磷酸铁锂资猜中搬迁到晶体外表, 从正极板资猜中脱出, 在电场力的效果下, 进入电解液, 穿过隔阂, 再经电解液搬迁到负极石墨晶体的外表, 然后嵌入负极石墨资猜中。一起, xe-电子流经过正极的铝箔, 经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铜箔电极, 再经导电体流到石墨负极, 使负极的电荷达至平衡。 电池放电时, x Li+从石墨晶体中脱嵌出来, 进入电解液, 穿过隔阂, 再经电解液搬迁到磷酸铁锂晶体的外表, 然后从头嵌入到磷酸铁锂的资猜中。与此一起, xe-电子经导电体流向负极的铜箔电极, 经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极, 然后再经导电体流到磷酸铁锂正极, 使正极的电荷到达平衡。所以磷酸铁锂电池的根本原理, 便是在充、放电进程中, 对应的锂离子在正负极之间来回的嵌脱, 完结外电的充电和对负载的供电。磷酸铁锂资料的充放电进程如下反响方程式:[1] 充电: 放电: 2.2 长处 依据以上作业机理剖析能够看出, 以磷酸铁锂作为正极资料的铁锂电池, 单体电池作业电压高、自放电小、充放电循环次数多、杰出的高温特性、其长寿数、体积小、重量轻、无污染等长处, 能够较好的处理传统铅酸电池运用中存在的首要问题。 表1中列举了磷酸铁锂电池和传统铅酸电池的首要功用目标, 相关于传统铅酸电池, 磷酸铁锂电池的首要优势包含如下几个方面: 长寿数:磷酸铁锂单体 (电芯) 在室温下1C充放电循环1000次以上, 容量坚持率80%以上。 宽温度作业范围:-20~60℃, 高温特性杰出。 体积小, 重量轻:产品规划可轻量化, 体积是相同容量铅酸电池的2/3, 也较镍氢电池体积小;重量是相同容量铅酸电池的1/3, 镍氢电池的2/3左右。 单体电压高, 放电渠道安稳:单体3.2V, 串联少, 电池组可靠性高;具有高倍率充放电特性, 适用于大电流高功率充放电的运用场合。 充电速度快, 自放电少, 无回忆效应:磷酸铁锂电池较大电流充放电, 0.5C放电功率达95%以上。 安全环保:磷酸根化学键的结合力比传统的过渡金属氧化物结构化学键强, 所以结构愈加安稳, 并且不易释放氧气。磷酸铁锂电池不含任何 (锂之外) 重金属或许稀有金属, 无毒、无污染, 为环保电池。 2.3 电池办理体系 (BMS) 磷酸铁锂电池出产厂家一般都担任供给电池办理体系 (Battery management system, BMS) 。 电池办理体系 (BMS) 的首要功用是: (1) 精确地监测电池组的各种运转参数, 如单体模块电压、电池组总电压、电池温度和电流等; (2) 经过测出的电池参数预计电池组的荷电状况值 (SOC) (State of Charge) 、最大允许充放电电流、放电深度等; (3) 依据电池其时的状况决议选用恰当的充放电均衡策略, 确保电池的功用发挥到最大程度。 3 高原基站场景对电池的影响 3.1 高原基站的地理气象条件 川西高原为青藏高原东南缘和横断山脉的一部分, 空气密度较低, 其均匀海拔3500 m, 空气密度0.808 kg/f, 比规范空气密度约低34%。 川西高原海拔高差大, 气候立体改动显着, 是典型的高原气候。大部分区域长冬无夏, 春秋相连;降水量少而集中, 昼夜温差大, 日照强, 阳光充足。年均匀气温-1.6℃, 1月均匀温-12.5℃, 极端最低气温-35.0℃, 被称为四川的“寒极”[2]。 3.2 磷酸铁锂电池技能参数 厂家的出产工艺及运用资料不同, 其出厂电池的技能参数略有不同, 本文以某电池厂家出产的48NPFC50 (50Ah/48V) 为例: 作业温度:-20℃~+60℃; 贮存温度:-5℃~+40℃; 相对湿度:5%~95%, 无凝露; 海拔高度:0~2000m。 2000m以上降额运用, 每升高200m最高作业环境温度下降1℃, 最高作业海拔高度4000m。 3.3 海拔高度的影响 (1) 海拔高度对电池的影响 海拔高度对电池的影响首要体现在引起低密度、低浓度、多孔性资料的物理和化学性质的改动。一起因为内外压力差的增大, 气体或液体易从密封容器中走漏或走漏率增大, 蓄电池为具有密封要求的电气产品, 气压的改动将直接影响到电气功用。 (2) 海拔高度对BMS的影响 1) 对绝缘介质强度的影响 电池办理体系和和一般低压电气产品相同, 跟着空气压力或空气密度的下降, 将引起外绝缘强度的下降。在海拔至5000m范围内, 每升高1000m, 即均匀气压每下降7.7~10.5k Pa, 外绝缘强度下降8%~13%。 2) 对电气空隙击穿电压的影响 因为基站配电设备的电气空隙现已固定, 随空气压力的下降, 其击穿电压也下降。为了确保产品在高原环境运用时有足够的耐击穿才能, 有必要增大电气空隙, 高原用电气产品的电气空隙可按表2进行批改。 3) 对开关电器灭弧功用的影响 空气压力或空气密度的下降使空气介质灭弧的开关电器灭弧功用下降, 通断才能下降和电寿数缩短。一方面, 直流电弧的燃弧时刻随海拔升高或气压下降而延伸;一起, 直流与沟通电弧的飞弧间隔随海拔升高或气压下降而添加。 3.4 温度的影响 (1) 对电池的影响 某品牌200Ah磷酸铁锂电池在不同的温度条件下 (从-45~+55℃) 的放电曲线如图2所示。 图2中曲线标明:放电容量在25℃时为100%, 在-25℃时降为90%, 在+55℃时略大于100%。这一现象首要与两种电池运用的电解液有关。磷酸铁锂电池运用的是有机电解液, 在0℃以下时, 导电率下降很快。 可是, 磷酸铁锂电池假如在低温下充电会导致电极外表固体电解质相界面 (SEI) 膜增厚, 使其电阻添加, 所以在低于-10℃后, 不主张进行充电, 当温度到达表中维护点范围时 (可设定为-15℃) , BMS应切断电路并告警, 所以磷酸铁锂电池并不适宜在寒冷区域的室外基站露天运用。 (2) 对BMS的影响 高原环境均匀空气温度和最高空气温度均随海拔升高而下降, 电气绝缘资料的热老化寿数决议于均匀空气温度。高原环境空气温度的下降能够部分或全部补偿因气压下降而引起电工产品运转中温升的添加。环境空气温度的补偿值为0.5K/hm。 一起高原空气温度的日温差大。较大的温度改动使产品外壳简单变形、龟裂, 密封结构简单破裂。 BMS电气设备运用在高原基站场景时应在产品规划中考虑这些影响, 进步绝缘合作, 一起增大电气空隙, 在挑选资料上和器件上归纳考虑, 从结构规划和挑选高原型器件入手, 处理相关技能问题。 4 事例 四川移动阿坝分公司松岗基站和脚木足基站别离归于马尔康县辖区内的重要传输节点基站, 海拔为3200米。 这两个基站均归于室内宏站, 这二个基站的市电状况和站内装置通讯设备装备根本共同, 主设备功耗约40A/48V, 具有可比性。 4.1 蓄电池组装备 因为铁锂电池放电渠道比较平稳, 电池的可用容量随放电电流和时刻的改动而改动;别的, 实践容量还会遭到环境温度、放电率、放电中止电压的影响而发生改动。 因为缺少试验数据, 现在没有拟定出规范核算公式, 但经过对铁锂电池放电曲线的拟合, 电池容量Q、放电电流I和放电时刻T这三者联系可用以下函数表明: 其间: Q:蓄电池容量 (Ah) ; K:安全系数1~1.25, 取1.25; I:负荷电流 (A) , 取40A; T:放电小时数 (h) , 取8小时; η:放电率影响系数, 当放电电流I≤1C10时, η取1 (C10以下电池放电容量不同不到1%) ;当放电电流1C10电池放电末端放电比较敏捷, 中止电压的设定对电池容量影响不大, 主张单体电池中止电压设定不要高于3V。 因为各磷酸铁锂电池厂家在产品结构、资料配方等方面有所不同, 上述公式可用于电池容量的预算, 当电池厂家确认后, 应依据厂家供给的恒电流放电数据表, 进行查表批改。 也有电池厂家给出如下公式: 其间: Q:电池容量 (Ah) ; K:安全系数, 1~1.2; I:均匀──忙时大局均匀放电电流; T:电池放电时刻; t:实践电芯的最低温度。电池室有采暖设备时, 可按15℃考虑;无采暖设备时, 则按地点区域最低室内温度核算, 但不该低于0℃; 25:电池额外容量时的电芯温度; 0.006:容量温度系数 (即电芯以25℃为规范时, 每上升或下降1℃时所添加或削减的容量比值) ; η:电池放电率, 见表3;铁锂1C放电95%, 0.3C放电100%。 比较之下, 前一公式选用了近似核算法, 后者较精确, 但缺少依据实践产品的校对。 依据前一公式核算, 测验基站的蓄电池组Q≥463Ah。本体系规划为-48V体系。选用单体电压48V/50Ah的磷酸铁锂电池, 共10节并联, 或许选用单体500Ah的磷酸铁锂电池, 共15节串联构成48V/500Ah电池组;以集成式抗爆装置办法为宜。 4.2 蓄电池比照测验 为了验证高原基站场景对磷酸铁锂电池的影响, 在运转三年后对松岗基站和脚木足基站的磷酸铁锂电池进行测验。首要测验基站环境温度、蓄电池容量保存率、单体电池共同性等, 并进行数据比照, 对环境低温构成的电池功用影响进行验证。 基站试运转时刻及测验时环境温度: (1) 马尔康县松岗基站, 2011年12月6日装置。 装备及装置办法:HET48PLi500, 10只并联四层单列电池架分布式装置。 测验时电池环境温度:22℃ (空调环境) 。 (2) 马尔康县脚木足基站, 2011年12月7日装置。 装备及装置办法:500AH, 15只串联封闭集成式装置。 测验时电池环境温度:-10℃ (无空调自然环境) 。 测验办法:断开沟通电源和直流负载, 选用假负载 (5000W) 放电 (至40V时中止) , 半小时记载一次。其放电电压及放电压电流数据参见表4、表5。 (电池放电至40V时中止) 依据上面两个基站所装备的蓄电池不同温度条件下的测验数据, 制作放电曲线比照图, 经过图3能够看出, 在市电状况、充放电次数和放电电流根本共同的状况下, 环境温度对磷酸铁锂电池电池具有显着的影响。空调环境中的磷酸铁锂电池运转三年后根本坚持了100%的容量, 而在满意蓄电池运转的低温条件下 (-10℃) , 剩下容量约为常温条件下的70%。 5 完毕语 高原基站环境首要有高海拔、冬天室外温度低的特色。铁锂电池耐高温, 放电容量安稳, 受放电率的影响不如铅酸电池显着, 运送本钱下降, 适用于无机房、无空调、环境温度在零度以上的高原基站。 高原基站具有海拔高、空气密度低的特色, 高原用磷酸铁锂电池电池及BMS组件需求考虑习惯问题, 在超出2000米后需求降容运用, 一起在产品规划阶段就需求考虑电气元件的海拔匹配和习惯性。 假如磷酸铁锂电池运用在室外站场景, 因为高原山区基站的环境温度一般在零度以下, 此刻选用电池地埋办法能够确保电池箱内取得相对恒温的作业条件, 并且能够起到防盗的效果;一起运用磷酸铁锂电池优秀的高温功用, 不必忧虑大电流充放电发生的高温对蓄电池寿数的影响, 是较为适宜的规划计划。 跟着我国铁塔公司的成立, 各通讯运营商合用基站是一种趋势, 负载电流将成倍添加。在基站蓄电池装备中可合理运用铁锂电池短时大电流放电的特性, 相同的放电时长和放电电流下装备较小容量的铁锂电池, 可大大削减电池室面积, 添加通讯设备装机方位。在磷酸铁锂电池归纳造价越来越低的状况下, 信任磷酸铁锂电池会在通讯基站得到更为普遍的运用。 参考文献 [1]我国移动通讯企业规范-通讯基站用磷酸铁锂电池V1.0.0. [2]李川, 陈静, 朱燕君.川西高原近五十年气候改动的初步研讨.高原气象, 2003 (10) :138. 电池用磷酸铁 第9篇 可是,在实践运用推行中,阻止其推行的要素除了其阻抗较高、资料共同性和价格等要素外,其温度功用也是重要原因。本研讨从不同环境温度下电池的中值电压及放电曲线, 剖析并调查了温度对LiFePO４电池放电中值电压的影响。 1试验部分 1.1试验仪器与目标 磷酸铁锂单体电池(3.2V/10Ah);动力电池测验体系(CDS5V-100A-CD型),深圳瑞能有限公司;电池恒温试验箱(SGDW-100型),上海一实仪器设备厂。 1.2试验规范 试验参照选用的规范:《含碱性或其他非酸性电解质的电池和电池组-便携式锂电池和电池组》、《锂电池功用检测设备大全》。 1.3试验步骤 (1)别离设置凹凸温箱内部环境温度为-40℃、-20℃、-10℃、0℃、25℃、40℃、55℃和60℃,相对湿度为40%。 (2)拟定试验计划:本试验以25℃ 为温度测验的基准点, 先进行低温功用测验,从25℃ 开端至-40℃,别离以0℃、 -10℃、-20℃、-40℃ 作为调查点,温度的改动速率为1℃/min,在每个温度测验点下,将测验用电池别离放置24h后再进行该温度点下的温度功用测验;然后进行电池的高温功用测验,为了消除低温测验所发生的影响,先将凹凸温试验箱的温度恢复到25℃,并用此温度测得的数据作为高温测验的基准点,随后进行电池高温功用的测验,从25℃ 开端至60℃,别离调查不同锂离子电池1C放电容量。 (3)拟定充放电办法:充电办法为在20℃±5℃的条件下, 将电池以0.2C(2A)恒流充电至3.65V,改为恒压充电直至电流降到200mA,中止充电。放电办法为在设置的不同环境温度中静置1h,再以1C恒流放电直到电压下降到截止电压2V为止,核算放出的容量。 (4)当凹凸温箱安稳到所设置的温度条件时,将静置1d后规范电压为3.2V的单体锂离子电池放入试验箱中保温1h,使其到达热平衡。 (5)当电池放电至截止电压2.0V时,中止放电,剖析并处理相关数据。 2成果与评论 图1为磷酸铁锂电池在不同温度下的放电曲线。从图1可看出,磷酸铁锂电池在低温阶段,跟着环境温度的下降,其放电容量逐渐削减,因为在低温条件下,电池电解液浓度变大,锂离子从负极资猜中脱嵌下来的速度变慢,别的因为电池的内阻变大,导致放电容量曲线的下降,提前到达了锂离子动力电池的放电截止电压,所以放电容量下降,放电功率削减［２－３］。在0℃以上时,放电容量根本都能坚持正常容量的93%以上,而在0℃及以下时,锂离子动力电池的放电容量下降速度跟着温度的下降而加速。 放电中值电压是指在整个放电进程中,放电容量为电池额外容量的50%时的电压值。温度对磷酸铁锂电池放电中值电压的计算成果见表1。图2是对3个样品的不同调查点的1C放电中值电压的均匀值作图。从表1和图2可得出,温度对磷酸铁锂动力电池的中值电压影响与温度对电池放电容量的影响相相似。在低温范围,电池的放电中值电压跟着温度的下降而逐渐下降的,且下降的速率呈逐渐递增的趋势［４］,温度在0℃以上中值电压根本维持在3200mV以上,至-20℃降至2965mV,而-40℃相对-20℃,中值电压只需2466mV左右,其间值电压下降了近499mV。而在在高温阶段,除了温度在60℃时中值电压略微下降了一点,其他均比前一温度测验点有所添加,并且添加的起伏很细小,极差值仅有3246.7~ 3209.9=36.8mV。 在温度略高于常温(25℃)时,因为锂离子电池内部的资料活性增强,锂离子涣散速度变大,其放电容量添加。而在高温阶段,电池的容量改动不是很显着,容量改动最大值相关于基准也仅仅添加3% 左右。过了55℃ 后其容量曲线根本不变,60℃时容量与基准点相等,可是在温度较高的条件下,锂电池的电极资料物理特性将会发生不可逆的衰减,电极资料反响强度削弱,所以其放电容量下降,放电功率下降。从此点能够看出,应尽量防止电池在50℃以上环境中长时刻运用。锂离子电池的抱负作业温度应该在20~50℃之间,以确保放电功率在80%以上,满意整车的动力性要求。从一些参考文献和技能手册可知,为确保电池自身的运用寿数,作业温度应该操控在20~50℃之间［５］。 3定论 磷酸铁锂动力电池作为混合动力轿车和电动轿车的动力体系,深受广大轿车厂商的青睐。其间,环境温度对磷酸铁锂电池中值电压和容量的影响很大,低温时中值电压和容量敏捷衰减,高温时中值电压和容量敏捷增大,但其改动速率小于低温时改动率。现在,越来越多研讨院所不断研讨如何进一步进步磷酸铁锂电池的功用。 摘要：磷酸铁锂动力电池作为混合动力轿车驱动体系的重要组成部分,对整车动力性、经济性和安全性有严重影响。从电池放电中值电压方面研讨了高温和低温两个阶段温度对磷酸铁锂动力电池功用的影响。经过试验剖析:低温对电池功用的影响较大,高温下电池功用改动不显着,温度50℃以上电池功用开端下降,为确保电池自身的运用寿数,作业温度应该操控在20~50℃之间。