Общая информация о lifepo4(lfp) акб

Плюсы и минусы

LiFePO4 емкости – вершина творения инженеров в технологии строения аккумуляторов. По многим параметрам они превосходят многих своих конкурентов. Взяв от предшественников, использующих никель в составе, способность к стабильному напряжению при разрядке, он превзошел литий-ионные в долговечности, лишь немного уступив полимерным АКБ в энергоемкости.

Основные достоинства:

полностью лишен «эффекта запоминания»;
долгий срок службы при правильной эксплуатации;
высокая удельная емкость;
диапазон рабочих температур;
не обслуживаемые;
возможна быстрая зарядка емкости до 100 % за 30 минут;
высокоэффективны;
экологически чистые.

Основные недостатки:

габариты и масса внушительны;
обязательно следовать методике эксплуатации для сохранения свойств;
сложность при самостоятельной сборке.

Самым существенным недостатком является цена: по отзывам владельцев, аккумулятор на автомобиль может стоять на витрине с ценником в 26800 руб. Купить аналог из Китая не имеет большого смысла: на алиэкспресс стоимость стартует с 700 долларов.

Правила хранения и утилизации LiFePo4

Перед тем как отправить LFP на продолжительное хранение, зарядите его до 40-60% и поддерживайте такой уровень на протяжении всего срока хранения. Аккумулятор следует держать в сухом месте, где температурный режим не опускается ниже комнатных показателей.

Когда ваша аккумуляторная батарея полностью отработает своё, следует обратиться в специальную организацию, занимающуюся утилизацией подобного оборудования. Если вы поступите подобным образом, то можете даже заработать на этом. Но в то же время, если вы просто выбросите источник энергии LFP на свалку, ничего страшного не будет.

Заключение

Чтобы вам легче было усвоить всю информацию изложенную в статье, я приведу далее несколько пунктов, которые нужно обязательно запомнить:

1. Следите за тем, чтобы напряжение LiFePo4 не опускалось ниже 2 V и не заходило за отметку 3,7 V. Что касается идеального диапазона, то это 2,5-3,65 V.

2. Если будете собирать батарею LFP самостоятельно, не забудьте про BMS.

3. Если используете АКБ в буферном режиме, понизьте её напряжение. Рекомендуемые параметры — 3,4-3,45 V.

4. Заряжать LFP нужно специальной зарядкой.

5. Перед самостоятельной сборкой электронакопителя, отбалансируйте ячейки, чтобы выровнять напряжение.

Основные преимущества LFP:

1. Продолжительный срок эксплуатации — 2000-7000 циклов заряда/разряда. При этом потеря ёмкости составляет 20%.

2. Срок хранения — 12-15 лет.

3. Может работать при широком диапазоне температур — -30…+60 градусов. Из этого можно сделать простой вывод: LFP хорошо подходят для использования зимой.

4. Не воспламеняется при повреждении компонентов.

5. Устойчивость к переразряду.

Естественно, не обошлось и без недостатков: это бОльшая по сравнению с Li-ion масса и себестоимость. LFP аккумуляторами уже можно обзавестись на AliexPress.

Технические характеристики LiFePo4 аккумуляторов

Вне зависимости от производителя все LFP ячейки имеют одинаковые технические характеристики:

пиковое напряжение – 3,65 V;
напряжение в средней точке – 3,3 V;
напряжение в полностью разряженном состоянии – 2,0 V;
номинальное рабочее напряжение – 3,0-3,3 V;
минимальное напряжение под нагрузкой – 2,8 V;
долговечность – от 2-х до 7 тыс. циклов заряда/разряда;
самозаряд при температуре 15-18 Со – до 5% в год.

Представленные технические характеристики относятся именно к LiFePo4 ячейкам. В зависимости от того, сколько их объединено одной батареей, будут варьироваться и параметры аккумуляторов.

Экземпляры отечественного производства имеют следующие характеристики:

емкостью – до 2000 Ач;
напряжением – 12 v, 24v, 36v и 48v;
с диапазоном рабочих температур – от -30 до +60 Со;
с током заряда – от 4 до 30А.

Все аккумуляторы не теряют свои качества при хранении на протяжении 15 лет, имеют стабильное напряжение и отличаются низкой токсичностью.

Зарядные устройства и как заряжать LiFePo4

Зарядные устройства для LiFePo4 аккумуляторов практически ничем не отличаются от обычных инверторов. В особенности можно записать большая сила тока на выходе – до 30А, что используется для быстрой подзарядки элементов.

Покупая готовый блок батарей трудностей с их зарядкой возникнуть не должно. В их конструкции встроено электронное управление, которое защищает все ячейки от полного разряда и перенасыщения электроэнергией. Дорогие системы используют балансирную плату, которая равномерно распределяет энергию между всеми ячейками устройства.

Важно при подзарядке не превышать рекомендуемую силу тока, если вы используете сторонние ЗУ. Это снизит срок службы батареи в несколько раз за одну подзарядку. Если батарея нагревается или вздувается, то сила тока превышает допустимые значения

Если батарея нагревается или вздувается, то сила тока превышает допустимые значения.

Зарядка литий-железо-фосфатных аккумуляторов

Одной из причин коммерческого интереса инвесторов к феррофосфатной химии стала возможность быстрой зарядки, вытекающая из ее стабильности. Сразу после организации конвейерного выпуска LiFePO4-аккумуляторов они позиционировались как элементы питания, которые можно быстро зарядить.

Для этой цели стали выпускаться специальные зарядные устройства. Как уже было написано выше, такие зарядные устройства нельзя использовать на других аккумуляторах, так как это вызовет их перегрев и будет сильно портить их.

Специальное зарядное устройство для данных аккумуляторов способно зарядить их за 12-15 минут. Феррофосфатные батарейки можно заряжать и обычными зарядниками. Существуют также и комбинированные варианты зарядных устройств с обоими режимами зарядки. Наилучшим вариантом, конечно, будет использование умных зарядных устройств с множеством опций, регулирующих процесс зарядки.

Характеристики

Железофосфатные батареи производят по единому принципу. Отсюда – идентичные свойства ячейки (сформированные катоды и аноды):

Характеристики аккумулятора.

максимальное пиковое напряжение – 3.65 В;
средний уровень напряжения – 3.3 В;
номинальное рабочее напряжение – 3 – 3.3 В;
напряжение в разряженном состоянии – 2 В;
напряжение под нагрузкой – 2.8 В;
срок службы – 3000 – 7000 циклов разрядки-зарядки;
саморазряд – 5% в год (сухое помещение, температура +15-18° C);
рабочие температуры – от -30 до +55° C;
энергоемкость – 2500 – 6000 мАч (зависит от размеров ячейки);
удельная мощность – 90 – 120 Вт х ч/кг.

Аккумуляторные батареи собираются путем объединения ячеек, причем по разным схемам, поэтому модели различаются эксплуатационными параметрами. Например, энергоемкость может достигать 2000 Ач, а в плане напряжения встречаются изделия на 12, 24, 36, 48 или 72 В.

Если соединять ячейки последовательно – емкость остается прежней, но суммируется напряжение. При параллельном соединении растет емкость, а напряжение не меняется.

Литий фосфатный аккумулятор российского производства имеет такие характеристики:

энергоемкость – до 2000 Ач;
напряжение – 12, 24, 36 или 48 В;
рабочие температуры – от -30 до +60° C (хорошо себя показывает на морозе);
ток заряда – 4 – 30 А.

Влияние на срок службы и экономию

В зависимости от области применения литий-железо-фосфатные батареи оптимизированы для обеспечения высокой плотности энергии для хранения большого количества энергии, например, в качестве тягового аккумулятора для чисто электрических транспортных средств или для передачи больших токов, например, для буферных аккумуляторов в гибридных электромобилях или в качестве стартерных аккумуляторов. . Аккумуляторы на литиево-железо-фосфатном основе при соответствующей конструкции и рабочем режиме должны работать без замены в течение всего срока службы автомобиля. Для повышения экономической эффективности и срока службы можно целенаправленно влиять на различные факторы:

Хотя более высокая температура обычно положительно влияет на подвижность электронов и протекание химических процессов (стабильность тока), она также увеличивает образование поверхностных слоев на электродах с батареями LiFePO 4 и, таким образом, старение или постепенную потерю мощности и снижение допустимой токовой нагрузки. Поскольку это особенно характерно для температуры выше примерно 40 ° C, влияние температуры обычно меньше, чем влияние других факторов, и в основном влияет на элементы, которые продолжают нагреваться из-за циклических и устойчивых высоких нагрузок. Исследования показали, что старение непропорционально ухудшает характеристики и удобство использования, особенно при низких температурах. Исследование, в котором клетки выдерживали при 50 ° C, а затем измеряли при различных температурах, подводит итоги следующим образом:

Регулярно используемая глубина разряда имеет большое влияние на циклический срок службы. При низком уровне напряжения в клетках начинаются необратимые процессы. Следовательно, хранение в разряженном состоянии также вредно. Малая глубина разгрузки увеличивает достижимое количество циклов, возможное потребление энергии и, таким образом, увеличивает срок службы по сравнению с работой с полными циклами. Нижний предел напряжения обычно контролируется системой управления батареями с ограничением мощности, которая может потребляться и отключаться, но часто при очень низком уровне напряжения, чтобы позволить потреблять большое количество энергии. Производитель Winston рекомендует такую емкость тягового аккумулятора, чтобы регулярно требовался разряд менее 70%.
Даже в области верхнего предела напряжения ячеек, указанного производителем , происходят необратимые химические процессы, которые в долгосрочной перспективе приводят к снижению емкости и, следовательно, к износу элементов. Избыточная зарядка сверх этого предела напряжения приводит к необратимому повреждению элемента. В современных приложениях верхнее зарядное напряжение часто устанавливается высоким при балансировке , так как это позволяет лучше определять зарядные состояния отдельных ячеек и использовать всю емкость за счет срока службы. Даже с балансировщиками со слишком низкими уравновешивающими токами напряжения часто достигаются в самом верхнем рабочем диапазоне ячеек. Техническое обслуживание или постоянная зарядка с с верхним пределом напряжения не требуется из-за низкого саморазряда и пагубно сказывается на сроке службы. Поэтому рекомендуется отключать зарядный ток после достижения критерия полной зарядки.
Токовая нагрузка должна быть как можно более равномерной, экстремальные пики токовой нагрузки (особенно с аккумуляторами меньшего размера, например, в гибридных транспортных средствах) увеличивают износ. Предельные характеристики производителя — это максимальные технические характеристики, которые может обеспечить аккумулятор, но регулярное использование которого сокращает срок службы. Речь идет не столько о токах встроенных зарядных устройств, которые обычно ограничены по своим характеристикам, сколько о экстремальных пиках тока, например, во время ускорения, но также о процессах рекуперации или быстрой зарядки с токами> 1 C, например, с CHAdeMO , чья сильноточная зарядка для защиты ячеек примерно на 80% от номинальной емкости прекращается.

В исследовании 2012 года сильноточных ячеек A123 в гибридных приложениях говорится:

Емкость и срок службы

В рабочем цикле LFP батареи можно использовать 80% ее номинальной емкости, при этом срок службы составляет порядка 2000 циклов. Лучшие AGM свинцовые батареи в лабораторных условиях способны выдержать до 400 циклов такого глубокого разряда, но при реальной эксплуатации на судне дело обстоит гораздо хуже.

Обычно свинцовые батареи позволяют эффективно использовать не 80, а всего 30-35% своей номинальной емкости. При зарядке от генератора уровень заряда часто ограничен сверху 80-85%, так как далее заряд становится медленным и продолжение работы двигателя ради дозарядки батарей слишком невыгодно. С другой стороны, разряжать свинцовые батареи более чем на 50% нельзя, так как без немедленной подзарядки это приводит к их быстрому выходу из строя из-за сульфатации пластин. Реальное число циклов до выхода из строя свинцового аккумулятора может не достичь и 150.

Аккумуляторный банк LFP на 400Ач даст в ваше распоряжение рабочую емкость 320Ач. Чтобы получить столько же от свинцовых батарей, банк должен иметь номинальную емкость 900Ач. Весить такой аккумуляторный банк будет примерно в 4 раза больше литиевого.

КПД LFP аккумулятора близок к 100%, т.е. он способен отдать практически всю энергию, полученную при зарядке. Для свинцовых аккумуляторов этот показатель составляет от 70 до 90% (остальная энергия тратится на нагрев и на электролиз воды).

Еще о номинальной емкости

Прямое сравнение этого показателя свинцовых и LFP аккумуляторов не вполне корректно, так как они измеряются по-разному.

Для свинцовых аккумуляторов обычно используется 20-часовой тест 0,05С. Например, номинальная емкость 100Ач означает, что если аккумулятор разряжать током 5А, за 20 часов он отдаст 100Ач, разрядившись до 10,5В. Чем выше нагрузка (разрядный ток), тем меньше энергии способен отдать аккумулятор; при больших токах разница может быть в разы.

LFP батареи испытывают гораздо большим разрядным током, 0,5С или 0,3С, т.е. батарея емкостью 100Ач способна 2 часа отдавать ток 50А.
Чтобы узнать реальную емкость вашего аккумуляторного банка, определите ее самостоятельно под нагрузкой, несколько большей, чем средняя для вашей яхты.

Хранение

Если свинцовые аккумуляторы во избежание сульфатации желательно заряжать полностью как можно чаще и хранить в полностью заряженном состоянии, LFP аккумуляторы не нуждаются в полной зарядке, напротив, для увеличения срока службы не следует добиваться 100% заряда; хранить батарею лучше при средних уровнях заряда.

Скорость зарядки

Имеющая низкое внутреннее сопротивление LFP батарея способна не только отдавать большой ток, но и принимать такой же зарядный ток: 0,3-0,5С. В результате LFP аккумулятор можно зарядить гораздо быстрее, чем свинцовый, имеющий в конце процесса зарядки медленную абсорбционную стадию. При относительно маломощном источнике тока (солнечные панели или ветрогенератор) LFP батарея будет заряжена полностью без проявления ограничения тока зарядки. Способность принимать большой зарядный ток имеет и отрицательную сторону: батарея легко может быть перезаряжена и выведена из строя.

История

LiFePO4 аккумуляторы изобрели в 1996 году в Соединенных Штатах. По сравнению с популярным литий-ионным источником питания, он характеризуется меньшей себестоимостью, имеет повышенный уровень термоустойчивости, гораздо менее токсичен. Единственный недостаток в то время заключался в минимальной емкости.

Семь лет эту разработку никто не воспринимал всерьез, пока за дело не взялись специалисты фирмы A123 Systems. Ее создатели на тот момент изготавливали аккумулятор, способный самостоятельно воспроизводить структуру коллоидного раствора, создавая для этого соответствующие условия. Но на момент разработки появились большие проблемы, из-за которых A123 Systems и взялись за исследование аккумуляторов LiFePO4. Новой технологией производства батарей заинтересовались крупные производители мобильных устройств, принявшие решение инвестировать свои деньги в развитие проекта.

Технические характеристики LFP

Свойства ячейки будут стабильно идентичны, вне зависимости от производства:

напряжение в пике – 3.65В;
среднее напряжение – 3.3В;
минимум – 2В;
рабочее напряжение – от 3 до 3.3 вольт;
удельная плотность: 320-498Дж/г;
объемная плотность: 790кДж/дм3;
заряд-разряд циклов для потери емкости: 7000;
Срок хранения без потери емкости: 15 лет;
Рабочий диапазон температуры: -30°C/+55°C

Технические характеристики каждого отдельного устройства варьируются исходя из используемого количества ячеек в аккумуляторе. Для электроавтомобиля потребуется аккумулятор с емкостью 20ah, напряжение которого 9.6в, а для электрического велосипеда такая же емкость батареи в 20а/ч выдаст уже 24в.

Ферум фосфатный элемент питания выпускается с различной емкостью: от 12в – для питания пульта управления «умным домом» или шуруповертом, до 72v – для питания лодочных электромоторов.

Изготавливаются они посредством поочередного соединения отсеков в связи с тем, что пиковые напряжения одной секции не будут более 3,65В. По этой причине, элементы с одинаковой емкостью количества ампер и напряжением, будут отличаться габаритами относительно применения в электромобиле или для бесперебойного питания системы оповещения.

Устройство и принцип работы

Аккумулятор литий железо фосфат, который еще называют LiFePO4 или коротко LFP, состоит из электродов, плотно прижатых к сепаратору с обеих сторон. Для полноценного питания устройств анод и катод подключены к токосъемникам. Элементы спрятаны в пластиковом корпусе, внутри которого – электролит. Батарея оснащена микроконтроллером, функция которого – регулировка силы тока при подзарядке.

Технология получения электроэнергии та же, что и у обычных литий-ионных элементов. Но применяется свой тип BMS (защиты). Комплектная система управления уберегает он перезарядки и глубокого разряда, продлевает срок службы и в целом увеличивает надежность АКБ.

Батареям LFP не присущи единые стандарты, поэтому они имеют разный химический состав. Соответственно, литий ферум фосфатный, железо никелевый и железофосфатный аккумулятор будут отличаться техническими характеристиками.

Принцип работы АКБ.

Преимущества LiFePO4:

безопасны (не возгораются даже при разгерметизации корпуса);
не токсичны;
устойчивы к аварийным ситуациям;
способны выдержать разрядный ток до 25С;
долговечны;
актуальны для устройств с высокими токовыми нагрузками;
низкий саморазряд;
устойчивы к низким температурам;
отсутствует выраженный «эффект памяти»;
возможность быстрой зарядки высокими токами.

Из недостатков: низкий уровень напряжения, меньшая энергоемкость, чувствительность к прямому контакту с влагой, цена.

Основные причины выхода LFP из строя

Перезаряд, при котором происходит необратимый переход катодной массы в оксид лития. Типичные ситуации, когда батарея может быть перезаряжена:
- Использование зарядного устройства (регулятора, контроллера), выдающего на абсорбционной стадии напряжение выше 14,2В более 30 мин.
- Поддерживающая зарядка напряжением 13,8В, обычно от солнечных панелей. Мнение, что такое напряжение безопасно для LFP — серьезная ошибка.
- Разбалансировка последовательно соединенных ячеек. Обычно измеряют только общее напряжение заряжаемой батареи, при этом в случае неправильного подбора или разбалансировки отдельных элементов те из них, которые сохранили больший остаточный заряд, подвергаются перезаряду и выходит из строя.
- Неправильная настройка BMS (см. ниже).
Глубокий разряд, обычно при отсутствии ли неисправности BMS, обеспечивающей отключение при низком напряжении.

Для сбережения ресурса LiFePo4 важно:

1. Применять специальные ЗУ, которые предназначены для аккумуляторов LFP с обозначением конечного напряжения. Зарядки для литиевых АКБ других типов, для LiFePo4 изделий не годятся, так как у LFP более низкое рабочее напряжение.

2. Не следует оставлять источник энергии разряженным. Если последующий саморазряд повлечёт за собой критическое снижение напряжения хотя бы на одном элементе АКБ, это отрицательно скажется на ёмкости всего электронакопителя. Поэтому, если LiFePo4 почти разрядилась, её нужно как можно быстрее установить на зарядку и довести до номинального напряжения, а это 3,2 V на компонент.

3. Не допускайте разряда аккумулятора до его отключения посредством BMS и заряжайте гаджет после каждого применения. LiFePo4 не страдают от эффекта памяти, а полные циклы разряда будут только негативным образом сказываться на ресурсе девайса.

4. Заряжайте агрегат при температуре корпуса приближённой к комнатной. Если накопитель энергии был перед зарядкой на холоде, нужно сначала нагреть его до комнатной температуры. Для этого потребуется 4-5 часов пребывания в тёплом помещении.

5. Для зарядки LiFePo4 лучшим вариантом будут «умные» ЗУ либо контроллеры. Они обеспечивают подзарядку систем напряжением 12-14,6 V, а по прошествии 10-20 минут снижают напряжение до 13,6–13,8 V, то есть, до 3,4–3,45 V на каждый отдельный элемент.

Решения

Аккумуляторы LiFePO4 производятся как в стандартных моноблоках для использования привычным способом (в качестве прямой замены свинцово-кислотных моноблоков), так и в форме специальных модулей для конкретных применений. Широко распространены модули аккумуляторных батарей LiFePO4 с номинальным напряжением 48В предназначенные для установки в телекоммуникационные шкафы в составе систем электропитания оборудования связи. Такие модули сразу оснащены продвинутой системой мониторинга и управления, клеммами для параллельного подключения и представляют собой полностью рабочую батарейную подсистему.

Аналогичные модули с различными номинальными напряжениями выпускаются для работы в составе ИБП, солнечных и ветряных электростанций и других систем.

Благодаря таким решениями значительно упрощается установка и запуск систем электроснабжения, а так же увеличивается срок их службы благодаря продвинутым системам контроля и управления и отсутствию необходимости в сложных монтажных работах. В нашем каталоге представлены такие готовые отраслевые решения на аккумуляторах LiFePO4 от производителей Hresys и EverExceed.

Использует

Транспорт

Более высокая скорость разряда, необходимая для ускорения, меньший вес и более длительный срок службы, делают этот тип батареи идеальным для вилочных погрузчиков, велосипедов и электромобилей. 12 В LiFePO₄ Аккумуляторы также набирают популярность в качестве второго (домашнего) аккумулятора для каравана, дома на колесах или лодки.

Системы освещения на солнечных батареях

Одноместный «14500» (Батарея AA –Размеры) LFP-элементы теперь используются в некоторых солнечных батареях. ландшафтное освещение вместо 1,2 В NiCd /NiMH.[нужна цитата ]

Более высокое рабочее напряжение LFP (3,2 В) позволяет отдельной ячейке управлять светодиодом без схемы для повышения напряжения. Его повышенная устойчивость к умеренной перезарядке (по сравнению с другими типами литиевых элементов) означает, что LiFePO₄ может быть подключен к фотоэлементам без схемы для остановки цикла перезарядки. Возможность управлять светодиодом от одной ячейки LFP также устраняет проблемы с держателями батарей и, следовательно, проблемы коррозии, конденсации и грязи, связанные с продуктами, использующими несколько сменных аккумуляторных батарей.[нужна цитата ]

К 2013 году появились более совершенные пассивные инфракрасные охранные лампы с солнечным зарядом. Поскольку емкость LFP-ячеек типоразмера AA составляет всего 600 мАч (в то время как яркий светодиод лампы может потреблять 60 мА), блоки светят не более 10 часов. Однако, если срабатывание происходит только время от времени, такие устройства могут быть удовлетворительными даже для зарядки при слабом солнечном свете, так как электроника лампы обеспечивает ток «холостого» после наступления темноты менее 1 мА.[нужна цитата ]

Другое использование

Многие домашние преобразователи EV используют версии большого формата в качестве тягового пакета автомобиля. Благодаря выгодному соотношению мощности к весу, высоким характеристикам безопасности и устойчивости химикатов к тепловому выходу из строя, существует несколько барьеров для использования любителями дома. Автодома часто переоборудуют на фосфат лития-железа из-за высокой потребляемой мощности.

Немного электронные сигареты используйте эти типы батарей. Другие приложения включают фонарики, радиоуправляемые модели, переносное моторное оборудование, радиолюбительская аппаратура, промышленные сенсорные системы и аварийное освещение.

Развитие и функционирование

56 литий-железо-фосфатных аккумуляторных элементов Winston Battery / Thunder Sky LPF60AH с BMS в качестве приводной батареи в электромобиле Hotzenblitz

LiFePO ₄ был впервые предложен в качестве материала для литий-ионного аккумулятора в 1997 году. Он заменяет оксид лития-кобальта, используемый в обычных литиевых батареях.

В 2010 году компания Süd-Chemie (ныне Johnson Matthey ) построила крупнейший в мире завод (2500 т в год) в Канаде по производству фосфата лития-железа с использованием мокрого химического процесса. Производство началось в апреле 2012 года.

Ранние катоды LiFePO ₄ страдали от плохой электропроводности для ионов и электронов , что препятствовало удельной мощности. Электропроводность была достигнута за счет использования наночастиц LiFePO ₄ — углеродное покрытие и покрытие может быть улучшено. Легирование из LiFePO _4, например , с помощью иттрия (LiFeYPO ₄ ) или атомов серы, а также улучшает технические свойства.

В отличие от обычных литий-ионных элементов с оксидом лития-кобальта (III) (LiCoO ₂ ), во время химической реакции не выделяется кислород . В случае литий-ионных аккумуляторов с катодами из оксида лития-кобальта это может привести к тепловому разгоне, который при неблагоприятных условиях приводит к автоматическому воспламенению элемента.

По сравнению с обычными катодными материалами (LiCoO ₂ ) весь литий используется в литий-железо-фосфатной батарее. В аккумуляторах с катодом LiCoO ₂ используется только 50–60% лития, иначе структура слоев была бы нестабильной. При использовании катодов из Li ₂ Mn ₂ O ₄ можно использовать только 50% существующего лития, остальное встраивается в кристалл.

Массовая доля лития в LiFePO ₄ составляет примерно 4,5% по массе. Для батареи с энергоемкостью 1000 Втч для литиево-железо-фосфатной батареи требуется всего около 11,3 моль (≈ 80 г) лития, по сравнению с примерно 20 моль или 140 г для литий-кобальтового или литиево-марганцевого аккумулятора. Плотность энергии литий-железо-фосфатных батарей составляет от 90 до 110 Втч / кг. С литиевыми батареями с катодом LiCoO ₂ можно достичь почти вдвое большей плотности энергии.

Аккумуляторы LiFePO ₄ не имеют эффекта памяти, как, например, никель-кадмиевые аккумуляторы . Так называемая аномалия при разряде очень мала и незначительна при нормальной работе. Элементы LiFePO ₄ можно временно хранить , разряжать и заряжать в любое время. Длительное хранение пагубно сказывается на ожидаемой продолжительности жизни только тогда, когда они полностью заряжены и почти разряжены.

История появления

Итак, LiFePO4 был открыт давненько, в 1996-ом году, профессором Техасского университета Джоном Гуденафом. Материал играл роль катода для обычного Li-ion накопителя. Отличался LFP тем, что по сравнению с традиционными литий-кобальтовыми источниками энергии, имел значительное преимущество в цене, был менее токсичным и более термоустойчивым. Однако у LiFePO4 имел место и один значимый недостаток — меньшая ёмкость.

До 2003-го года разработка практически не продвигалась вперёд, пока она не попала в руки специалистов представляющих фирму A123 Systems. Кроме того, серьёзный толчок делу дали такие инвесторы как Motorola, Qualcomm и Sequoia Capital, благодаря которым технология была доведена до ума.

Первая промышленная партия изделий была выпущена в 2006-ом году и с тех пор, LFP позиционируются как лучшие из силовых электронакопителей.

Как осуществляется производство LiFePo4 аккумуляторов

Основные компоненты для изготовления LiFePo4 батарей поставляются на завод в виде темно-серого порошка с металлическим блеском. Схема производства анодов и катодов одинакова, но из-за недопустимости смешивания компонентов все технологические операции выполняются на разных цехах. Все производство делится на несколько этапов.

Первый шаг. Создание электродов. Для этого готовый химический состав покрывается с обеих сторон металлической фольгой (как правило, алюминиевой для катода, а медной для анода). Фольга предварительно обрабатывается суспензией, чтобы она могла выступать в роли приемника тока и токопроводящего элемента. Готовые элементы нарезаются на тонкие полоски и сворачиваются несколько раз, образуя квадратные ячейки.

Второй шаг. Непосредственно сборка батареи. Катоды и аноды в форме ячеек располагают по обе стороны сепаратора из пористого материала, плотно закрепляют на нем. Полученный блок помещают в пластиковый контейнер, заливают электролитом и запечатывают.

Заключительный этап. Контрольная зарядка/разрядка батареи. Зарядка производит с постепенным нарастанием напряжения электротока, чтобы не случился взрыв или воспламенение из-за выделения большого количества тепла. Для разрядки аккумулятор подключают к мощному потребителю. Не выявив отклонений, готовые элементы отправляются к заказчику.

Как создается LiFePo4

Вещества для изготовления литий феррофосфатных аккумуляторов поступают на производство в качестве порошка, цвета серого металлика. Технический процесс изготовления катодов и анодов идентичен, но в целях чистоты производственной схемы вынесен в разные цеха.

Создание железофосфатной батареи занимает несколько ступеней:

Изготовление контактов. В процессе совокупность химических элементов покрывается металлической пленкой из меди или алюминия, в зависимости от предназначения. Металл покрывается тонким слоем токопроводящей суспензии. Сформированные катоды и аноды нарезаются на полосы, которые при сворачивании становятся ячейками.
Компоновка. Готовые катоды и аноды размещают по бокам отсеивателя и фиксируются на нем. Конструкцию размещают в емкости из пластика, залитой электролитом и герметично закрывают.
Проверка на заряд-разряд. Батарею заряжают, поэтапно наращивая напряжение подаваемого тока, во избежание детонации и самовоспламенения. Разряжают изделие подключив к прибору с большой энергопотребностью.
Проверка внутреннего сопротивления и напряжения. Производится при помощи уравнения Нернста.
Продукция, не получившая нареканий в Отделе Технического Контроля завода, отгружается покупателю.

Что такое литий железо фосфатный аккумулятор

LiFePo4 аккумуляторы – это высококачественные и надежные источники питания с высокой производительностью. Они активно вытесняют не только морально устаревшие свинцово-кислотные, но и современные Li-ion батареи. Сегодня данные АКБ встречаются не только в промышленном оборудовании, но и в бытовых устройствах – от смартфонов до электровелосипедов.

LFP аккумуляторы были разработаны Массачусетским Технологическим Университетом в 2003 году. Их основа – усовершенствованная технология Li-ion с измененным химическим составом: для анода используется лития феррофосфат вместо кобальтата лития. Широкое распространение АКБ получили благодаря таким компаниям, как Motorola и Qualcomm.

Никелевые аккумуляторы (NiCd, NiMh)

NiCd (Никель-Кадмиевые), разработаны они были ещё в далеком 1899 году, но были слишком дорогие и имели малый срок службы, поэтому большого применения не получали. Тем не менее почти пятьдесят лет производились усовершенствования аккумуляторов вплоть до 1947 года, в котором мы уже получили текущий вариант аккумулятора в герметическом исполнении и спрессованным анодом. Данный тип аккумуляторов можно увидеть в большинстве аккумуляторов шуруповертов, так как там необходим большой ток разряда, который может предоставить данный тип аккумуляторов при очень хорошем разбросе температурных режимов. Но повсеместное использование данных аккумуляторов тоже прекратилось, из-за токсичности паров кадмия.

Технические характеристики NiCd аккумуляторов:

Удельная энергоёмкость: 30–50 Вт·ч/кг
Удельная энергоплотность: 50–150 Вт·ч/дм³
Удельная мощность: 150…500 Вт/кг
ЭДС = 1,37 В
Рабочее напряжение = 1,35…1,0 В
Нормальный ток зарядки = 0,1…1 C, где С — ёмкость
Максимальный тор разряда = 10С
Срок службы: около 100—900 циклов заряда/разряда.
Саморазряд: 10% в месяц
Рабочая температура: −50…+40 °C

Никель-металл-гидридный аккумулятор (Ni-MH) — это попытка получить аккумулятор, с целью преодоления недостатков NiCd. Разработка началась ещё в 1970-х годах, но успешные результаты получились уже только в 1980-х годах, после чего шли постоянные работы по усовершенствованию технологии производства. В основном с целью увеличения емкости аккумулятора при сохранении размеров. Технические характеристики NiMH:

Удельная энергоёмкость: около — 60-80 Вт·ч/кг.
Удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): около — 150-200 Вт·ч/дм³.
ЭДС: 1,25 В.
Рабочая температура: −10…+55 °C.
Нормальный ток зарядки = 0,1…0.3C, где С — ёмкость
Максимальный ток разряда = 4С
Саморазряд: 15-20% в месяц
Срок службы: около 300—500 циклов заряда/разряда.

NiMH аккумуляторы имеют на 1/5 большую максимальную емкость при тех же габаритах, но меньший максимальный срок службы — почти в два раза. Саморазряд увеличен почти в два раза, в сравнении с NiCd аккумуляторами. Экологически безопасны.

Приятная особенность NiMH аккумуляторов — это то, что почти получилось избавиться от «Эффекта памяти». То есть его можно заряжать, если он не лежал в полузаряженном состоянии пару недель. В то время как NiCD, необходимо разряжать полностью (привет всем любителям ставить шуроповерт на зарядку в любой непонятной ситуации).