Литий железо фосфатные аккумуляторы VS. литий-ионные: отличия и преимущества

Новые технологии, от смартфонов до электромобилей и портативных электроинструментов, требуют аккумуляторов, способных удерживать значительное количество энергии, быть достаточно легкими для переноски или перемещения и безопасными для пользователя. Литиевые батареи предлагают все эти преимущества для портативной электроники, транспортных средств, медицинского оборудования и даже для хранения энергии в сети.

Литий-ионные и литий железо фосфатные аккумуляторы (LiFePO4) – это два типа батарей, используемых в современной портативной электронике. Хотя у них обоих есть некоторые общие черты, между ними есть существенные различия в высокой плотности энергии, длительном жизненном цикле и безопасности. Большинство людей знакомы с литий-ионными батареями, поскольку, скорее всего, у них есть смартфон, планшет или ПК. Аккумуляторы lifepo4 – это новый тип батарей, получивший признание в обрабатывающей промышленности благодаря экономичным материалам и стабильности при высоких температурах.

Химический состав литий железо фосфатного и литий-ионного аккумулятора

Скорость заряда и разряда батареи регулируется показателем C. Емкость батареи обычно оценивается в 1С, что означает, что полностью заряженная батарея номиналом 1 А*ч должна обеспечивать 1 А в течение одного часа. Тот же аккумулятор, разряжающийся при 0,5 ° C, должен обеспечивать ток 500 мА в течение двух часов, а при 2 ° C – 2 А в течение 30 минут.

Литий-ионный

Литий-ионный катод может быть разного химического состава: оксид лития-марганца или диоксид лития-кобальта, поскольку оба имеют графитовый анод. Он имеет удельную энергию 150/200 ватт-часов на килограмм и номинальное напряжение 3,6 В. Его скорость заряда составляет от 0,7 ° C до 1,0 ° C, так как более высокая зарядка может значительно повредить аккумулятор. Литий-ионный аккумулятор имеет скорость разряда 1С.

Литий железо фосфатные аккумуляторы (LiFePO4)

литий железо фосфатные аккумуляторы имеет катод из фосфата железа и анод из графита. Он имеет удельную энергию 90/120 ватт-часов на килограмм и номинальное напряжение 3,20 В или 3,30 В. Скорость заряда фосфата лития-железа составляет 1C, а скорость разряда 1-25C.

Какая разница в плотности энергии?

При сравнении литий-ионного и литиевого фосфата железа наблюдаются значительные различия в энергии. Литий-ионный имеет более высокую плотность энергии при 150/200 Вт·ч/кг по сравнению с фосфатом лития-железа при 90/120 Вт · ч / кг. Таким образом, литий-ионные аккумуляторы обычно используются в энергоемкой электронике, которая быстро разряжает батареи.

С другой стороны, скорость разряда LiFePO4 превосходит литий-ионный. Скорость разряда существенно не ухудшает литий-железо-фосфатную батарею при уменьшении емкости.

Различия в жизненном цикле

LiFePO4 имеет жизненный цикл от 1 000 до 10 000 циклов. Эти батареи могут выдерживать высокие температуры с минимальной деградацией. Они имеют долгий срок службы для приборов, которые имеют встроенные системы или которым необходимо работать в течение длительного времени, прежде чем потребуется зарядка.

Для литий-ионных аккумуляторов более высокая плотность энергии делает их более нестабильными, особенно при работе в условиях более высоких рабочих температур. Его жизненный цикл составляет 500–1000 циклов, так как на него можно отрицательно повлиять в зависимости от рабочей температуры электроники или рабочих компонентов.

Преимущества длительного хранения

Когда дело доходит до хранения неиспользованных батарей, важно выбрать химический состав, который не теряет заряд в течение длительного периода времени. Вместо этого аккумулятор должен обеспечивать почти такую ​​же производительность зарядки, как при использовании более года. И фосфат лития, и железа, и ион лития обладают хорошими преимуществами при долгосрочном хранении. Литий-фосфат железа можно хранить дольше, так как его срок годности составляет 350 дней. Для литий-ионных аккумуляторов срок годности составляет около 300 дней.

Преимущества безопасности Фосфата лития-железа

Производители во всех отраслях промышленности обращаются к фосфату лития-железа для приборов, где безопасность является важным фактором. Литий-фосфат железа имеет отличную термическую и химическую стабильность. Эта батарея остается прохладной при более высоких температурах. Он также негорючий при неправильном обращении во время быстрой зарядки и разрядки или при возникновении короткого замыкания. Литий-фосфат железа обычно не испытывает теплового разгона, так как фосфатный катод не сгорит или не взорвется при перезарядке или перегреве, поскольку аккумулятор остается холодным.

Однако химический состав литий-иона не имеет таких же преимуществ безопасности, как фосфат лития-железа. Его высокая плотность энергии имеет тот недостаток, что приводит к нестабильности батареи. Во время зарядки он нагревается быстрее, в результате литий-ионный аккумулятор может выйти из строя.

Еще одно преимущество безопасности фосфата лития-железа заключается в утилизации батареи после использования или выхода из строя. Литий-ионный аккумулятор, изготовленный на основе диоксида лития-кобальта, считается опасным материалом, поскольку при контакте с ним может вызывать аллергические реакции на глазах и коже. При проглатывании он также может вызвать серьезные проблемы со здоровьем. Таким образом, при утилизации литий-ионных аккумуляторов должны быть приняты особые меры. С другой стороны, фосфат лития-железа нетоксичен, и производители могут легко утилизировать его.

Применение литий-железо-Фосфатного и литий-ионного аккумулятора

Литий-фосфат железа востребован для любой электроники или оборудования, где требуются безопасность и долговечность, но не требуется чрезвычайно высокая плотность энергии. Электродвигатели для транспортных средств, медицинских устройств и военных приборов, где технология будет испытывать более высокие температуры окружающей среды. Литий-фосфат железа также идеально подходит для более стационарных приложений, поскольку аккумулятор немного тяжелее и больше, чем литий-ионный, хотя его можно использовать в некоторых портативных технологиях.

Литий-фосфат железа нельзя выбирать для приложений, в которых мобильность является основным фактором из-за его большого веса. Для смартфонов, ноутбуков и планшетов используются литий-ионные аккумуляторы. Любое высокоэнергетическое устройство, которому требуется максимальная производительность в первый день, может извлечь выгоду из химического состава литий-ионных аккумуляторов.

Помимо поиска подходящих источников энергии, основанных на портативности, безопасности и плотности энергии, производители также должны учитывать затраты во время производства электроники, а также во время утилизации. Многие производители выберут фосфат лития и железа в качестве более дешевой альтернативы батареям. Батареи стоят меньше благодаря более безопасному химическому составу фосфата железа, поскольку производителям не нужно тратить больше денег на переработку материалов.

Литий предлагает ряд преимуществ

Благодаря достижениям в области аккумуляторных технологий химия лития стала лучшим источником энергии для портативных устройств с высоким энергопотреблением. Его длительный срок хранения, а преимущество обеспечения непрерывного источника питания в течение длительных периодов времени – вот почему и литий-ионный аккумулятор, и литий-фосфат железа являются надежной альтернативой.

В настоящее время литиевые батареи все еще дороги по сравнению с никель-металлогидридными и никель-кадмиевыми батареями. Тем не менее, длительный срок службы литиевых батарей может компенсировать первоначальные высокие затраты. Производители, пытающиеся решить, будет ли литий-ионный или литий-фосфат железа идеальным для применения, следует учитывать следующие ключевые факторы:

• Самая высокая плотность энергии: литий-ионный
• Хорошая плотность энергии и жизненный цикл: фосфат лития-железа
• Стабильная химическая и термическая химия: фосфат лития-железа.
• Отсутствие теплового разгона и безопасность при полной зарядке: фосфат лития-железа
• Портативность и легкие характеристики: литий-ионный
• Длительный срок службы: фосфат лития-железа и литий-ионный
• Низкие затраты: фосфат лития-железа

Кроме того, следует серьезно подумать о рабочей среде, а также о любых проблемах с вибрацией, которые могут возникнуть. Эти случаи могут повлиять на выбор производителя, поскольку химическая стабильность, которую предлагает фосфат лития-железа, выше, чем у литий-ионного.