Литий-фосфатные аккумуляторы их применение плюсы и минусы

19 января 2017

Литий-фосфатный аккумуляторы (LiFePO4) - одна из разновидностей перезаряжаемых аккумуляторов, а именно литий-ионных аккумуляторов, которые используют LiFePO4 в качестве катода. В настоящее время они слишком широко распространены. Элементы LiFePO4 имеют более высокую разрядку и не взрываются в экстремальных условиях, но у них более низкие напряжение и плотность тока, чем у нормальных литий-ионных элементов.
Достоинства и недостатки - Будучи основанной на литий-ионной системе, соединение LiFePO4 унаследовало ее преимущества и недостатки. Ключевые отличия - это безопасность и текущий рейтинг. Стоимость заявлена как не дорогие в будущем. У литий-фосфатных аккумуляторов есть и некоторые недостатки. Стабильность производственных параметров при серийном производстве. Но ситуация меняется и на данный момент Китай выпускает эти аккумуляторы миллионными тиражами и достигли очень неплохих параметров. Хранение для LiFePo4 не страшно (что год-два на складе пролежали), они от этого особо не деградируются, это ж не свинец. За 15 лет 23% емкости теряют, Данные заявлены в PDF.
Безопасность - LiFePO4 является более безопасным катодным материалом, чем LiCoO2. Соединение Fe-P-O сильнее, чем Co-O, так что при неправильном обращении (коротком замыкании, перегреве и т.д.) отщепление атомов кислорода происходит гораздо труднее. Эта стабилизация окислительно-восстановительной энергии также помогает быстрому перемещению ионов. Распад происходит только при экстремальном нагреве (обычно более 800 °C), что препятствует теплоотдаче, к которой склонно соединение LiCoO2, а это означает, что структура LiFePO4 более устойчива, чем структура LiCoO2. В катоде полностью заряженного аккумулятора LiFePO4 не остается лития, а в катоде заряженного аккумулятора LiCoO2 остается примерно 50%. LiFePO4 остается стабильным во время потери кислорода, которая обычно приводит к экзотермическим реакциям в других аккумуляторах. Он считается фаворитом на сегодняшний день - феррофосфат лития LiFePO4. Благодаря возросшей в тысячи раз площади активной поверхности и улучшению электропроводности за счет введенных золота и меди батареи с катодом из нано- структурированного LiFePO4 превосходили обычные кобальтовые по токам разряда в десять раз. Кристаллическая структура электродов со временем практически не изнашивалась. Добавки металлов усиливали ее, как арматура усиливает бетон, поэтому количество рабочих циклов батареи возросло более чем в десять раз – до 7000! Фактически такая батарея способна пережить несколько поколений приборов, которые она питает. Кроме того, ничего нового в технологии производства создавать под LiFePO4 не пришлось. Сегодня A123 Systems является обладателем 120 патентов и патентных заявок в области электрохимии, а ее исследовательский центр по литий-ионным технологиям считается самым лучшим в Северной Америке. Но главный шаг вперед – это, конечно же, разработка аккумулятора для будущего гибридного автомобиля Chevrolet Volt.
фосфатные батареи A123 - являются новым поколением литиево-ионных батарей. Данная технология была разработана и запатентована Масачуссетским Технологическим Институтом в 2001-м году, в основе лежит использование электродов нано-масштаба. Среди основных инвесторов компании: General Electric, Alliance Capital, Sequoia Capital, North Bridge Venture Partners, FA Technology Ventures, OnPoint, Motorola, Qualcomm и Procter&Gamble, через отделение Duracell. Энергетики США чтобы оптимизировать А123 элементы для гибридных автомобилей, сделав акцент на мощности, устойчивости к жестким условиям эксплуатации, длительности срока эксплуатации, и доступности. Новые устройства отличаются не только большой еMKостью, но и быстротой зарядки. Всего 5 минут требуется, чтобы зарядить их на 90% еMKости. К тому же такие аккумуляторы допускают в 10 раз больше циклов зарядки-разрядки, чем обычные модели. Идея нового аккумулятора заключается в активизации литиево-ионного обмена между электродами. С помощью наночастиц удалось развить обменную поверхность электродов и получить более интенсивный ионный поток. Чтобы исключить слишком сильное нагревание и возможный взрыв электродов, авторы разработки применили в катодах вместо лития/оксида кобальта литий/фосфат железа. Недостаточная электропроводность нового материала компенсируется введением наночастиц алюминия, марганца или титана.

Зарядка - CC/CV Constant current, constant voltage (recommended method for charging lithium ion and lithium polymer rechargeable batteries)
что в переводе на русский - постоянный ток, постоянное напряжение.
Лимит СС это ограничение тока / лимит CV это ограничение напряжения
Основное их отличие Li-pol от Li-ion - заложено в самом названии и заключается в типе используемого электролита. Первоначально, в 70-х годах, использовали сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом. Такая конструкция упрощает процесс изготовления, более безопасна и позволяет производить тонкие аккумуляторы произвольной формы. К тому же отсутствует опасность воспламенения, поскольку нет жидкого или гелевого электролита. При толщине элемента около одного миллиметра, разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров, вплоть до внедрения его во фрагменты одежды. Li-Pol аккумуляторы имеют большую еMKость и большее количество зарядных циклов. Li-ion батареи вдвое превосходят NiMH аналоги по еMKости и почти в три раза – по удельной мощности. Плотность энергии Li-ion втрое выше, чем у NiMH. Li-ion выдерживает высокие токи разряда, которые NiMH батареи не способны держать даже теоретически.

ЛИТИЙ-ПОЛИМЕРНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ LiPo (ЛиПо) - Напряжение полностью заряженного элемента: У LiPo составляет 4.15В. В связи с особенностями данной технологии эти элементы очень сильно боятся перезаряда. По практике эксплуатации всех типов аккумуляторов установлено что чем меньше глубина разряда тем больше циклов этот аккумулятор может пережить, а количество энергии которое приходится на последние 0,5В разряда (для LiPo) составляет лишь несколько процентов от его емкости. Элементы катастрофически боятся переразряда, который вызывает необратимые изменения и порчу элемента. Напряжение средней точки: у элементов данной технологии заявляется как 3,7В. Напряжение средней точки это напряжение которое вычисляется на основании кривой разряда и предназначено для вычисления габаритной ёмкости аккумулятора которая выражается в Wh (ватт часы) для этого напряжение средней точки умножают на ёмкость по току т.е например у вас имеется элемент имеющий ёмкость 1,1Ач и напряжение средней точки 3,7В то его габаритная ёмкость равна 3,7*1,1=4,07Wh. (Многие часто путают напряжение средней точки с напряжением полностью заряженного элемента.) ЛиПо - воспламеняются при К.З. или при перезаряде (посмотрите в ютубе как горят модельные липольки - жуть - горит как магний.) Я не советую вам брать модельные липольки. Они умрут в течении года, даже если их не использовать, а количество циклов не более 150. У них есть одно главное преимущество для летающей техники - это соотношение "ёмкость-вес" и это соотношение в 1,5 раза лучше чем у LiFePo4.
NiMH - малопригодны для мощных импульсных нагрузок, они долго заряжаются и «живут» обычно не более 400 циклов. Хранение NiMH – еще одна серьезная проблема. Эти аккумуляторы страдают от очень высокого саморазряда – до 20% в месяц, а у Li-ion этот показатель равен всего 2–5%. NiMH аккумуляторы подвержены так называемому эффекту памяти, свойственному также NiCd батареям. Но и у Li-ion батарей есть свои недостатки. Они очень дороги, требуют сложной многоуровневой электронной системы управления из-за склонности к необратимой деградации при слишком глубоком разряде.

Реально в современных электросамокатах пока используются в основном литиево-ионных батареи (LiIon) ввиду их более низкой себестоимости и веса.