Статья о том, как понять, что такое литий-фосфатный аккумулятор

Раскрытие тайны литий-фосфатных аккумуляторов

Что же представляет собой литий-фосфатная батарея? Как следует из названия, она тесно связана с материалом - фосфатом железа лития. Проще говоря, литий-фосфатная батарея - это литий-ионная батарея, в которой в качестве материала положительного электрода используется фосфат железа лития. Как и строительные блоки, в батареях этого типа фосфат железа лития является важным "строительным блоком" и играет ключевую роль.

Фосфат железа-лития - это материал с химической формулой LiFePO₄, который состоит из лития (Li), железа (Fe), фосфора (P) и кислорода (O). Не стоит недооценивать эти элементы. В сочетании друг с другом фосфат лития-железа обладает уникальной "индивидуальностью". Он имеет оливиновую структуру, подобно устойчивому домику. Такая структура придает фосфату железа лития хорошую термическую стабильность. Он может оставаться стабильным в условиях высоких температур и не так легко "теряет самообладание". Кроме того, фосфат лития имеет относительно низкую стоимость и относительно богатые ресурсы, в отличие от некоторых материалов, которые дороги и труднодоступны. В то же время он очень экологичен и не создает слишком большой нагрузки на окружающую среду. У него много преимуществ.

От рождения до подъема: история развития литий-фосфатных батарей

Рождение и развитие фосфата лития аккумуляторы Это путь, полный инноваций и трудностей. В 1997 году команда под руководством Гуденоу из Техасского университета предложила концепцию литий-фосфатных батарей, что было подобно посеву семян надежды в энергетической сфере. В то время исследователи обнаружили, что литий-железо-фосфат хорошо работает в процессе зарядки и разрядки. Хотя на тот момент его характеристики не были идеальными, он уже продемонстрировал большой потенциал и привлек внимание многих людей.

В 2004 году американская компания A123 и компания Shenzhen BAK Battery Co., Ltd. совместно разработали первую в мире литий-железо-фосфатную батарею, достигли промышленного уровня, и литий-фосфатные батареи официально вышли на рынок. Это похоже на то, как ребенок взрослеет и начинает играть свою роль в обществе. Впоследствии области их применения продолжали расширяться. В 2009 году литий-фосфатные батареи стали использоваться в области хранения энергии, играя все более важную роль в развитии новой энергетики и предлагая новые решения для хранения и рационального использования энергии.

С 2014 по 2016 год Китай активно продвигал развитие новых энергетических транспортных средств, и литий-фосфатные батареи открыли новые возможности, но в то же время столкнулись с проблемами. По мере того как в стране повышались стандарты оценки плотности энергии силовых батарей для новых энергомобилей, развитие литий-фосфатных батарей сдерживалось из-за их более низкой плотности энергии по сравнению с тройными литиевыми батареями. Многие связанные с ними компании даже обанкротились, и литий-фосфатные батареи, похоже, попали в "холодную зиму".

Однако исследователи не сдаются и прилагают все усилия для преодоления технических трудностей. После 2019 года CATL запустила технологию CTP, BYD - лопастные батареи, а Guoxuan High-tech - технологию JTM. Эти инновационные технологии комплексного производства эффективно компенсировали недостатки низкой энергетической плотности литий-фосфатных батарей. В сочетании с сокращением субсидий на покупку новых энергетических транспортных средств в Китае из года в год, дешевые литий-фосфатные батареи открыли новую "весну" развития. В мае 2021 года производство батарей на его основе превысило производство батарей на основе тернарного материала. Сегодня литий-фосфатные батареи широко используются в новых энергетических транспортных средствах, накопителях энергии и других областях, и перспективы их развития весьма радужны.

Как это работает: Как течет энергия

Теперь, когда мы знаем основной состав литий-фосфатных батарей, как они работают? По сути, процесс работы литий-фосфатных батарей - это процесс "перемещения" ионов лития туда-сюда между положительным и отрицательным электродами.

Во время зарядки ионы лития, словно группа трудолюбивых муравьев, "выбегают" из материала катода - фосфата железа лития, проходят по "шоссе" электролита, достигают графитового катода и внедряются в слоистую структуру графита. В это время батарея накапливает энергию, преобразуя электрическую энергию в химическую и накапливая ее. Это как если бы вы положили свои карманные деньги в копилку и достали их, когда они вам понадобятся.

При разрядке процесс происходит в обратном направлении. Ионы лития "деинтеркалируются" из отрицательного электрода графита и возвращаются к положительному электроду из фосфата железа лития по "шоссе" электролита. В этом процессе химическая энергия преобразуется в электрическую, которая питает наши устройства, подобно тому, как мы берем карманные деньги из копилки, чтобы покупать вещи.

В процессе зарядки и разрядки мембрана и электролит также играют ключевую роль. Мембрана подобна "изолятору", который разделяет положительный и отрицательный электроды, предотвращая их прямой контакт и короткое замыкание, но позволяя ионам лития проходить через них для обеспечения нормальной работы батареи. Электролит, как "курьер", отвечает за транспортировку ионов лития между положительным и отрицательным электродами, позволяя ионам лития плавно перемещаться между положительным и отрицательным электродами для завершения зарядки и разрядки.

Преимущества раскрыты: Почему он дебютировал в позиции "С"?

Литий-фосфатные аккумуляторы могут выделяться среди множества литиевых батарей, поэтому у них должны быть "щетки". Далее я подробно расскажу вам о его преимуществах.

Высокий уровень безопасности: надежная "защита"

Среди различных эксплуатационных характеристик аккумуляторов на первом месте стоит безопасность. Литий-фосфатные батареи отлично справляются с этой задачей, и их можно назвать "стражами безопасности". Материал положительного электрода, фосфат железа-лития, обладает сверхстабильностью связей PO в кристаллической структуре, подобно прочной городской стене. Даже если он столкнется с такими "врагами", как высокая температура и перезарядка, его нелегко разложить. Он не выделяет сильных окислительных веществ, как некоторые батареи, что приводит к таким опасностям, как горение и взрыв. Например, в новостях сообщалось, что некоторые новые энергетические автомобили, использующие другие типы литиевых батарей, склонны к возгоранию и взрыву при столкновении или нештатной зарядке, в то время как у автомобилей, оснащенных литий-фосфатными батареями, вероятность серьезных аварий при подобных обстоятельствах гораздо ниже. Как и "батарея-лезвие" BYD, которая, по сути, является фосфатно-литиевой батареей, она прошла жесткие испытания, такие как тесты на прокол иглой. В процессе прокола иголкой батарея не загорелась и не взорвалась, но температура поверхности немного повысилась, что полностью подтверждает высокую безопасность литий-фосфатных батарей.

Длительный срок службы: долговечный и прочный бегун на длинные дистанции

Срок службы - важный показатель для оценки качества батареи. Проще говоря, он означает, сколько полных циклов заряда и разряда может пройти батарея. Литий-фосфатные батареи - это "бегуны на длинные дистанции" с очень большим сроком службы, обычно более 2 000 раз, а для качественных батарей - даже 5 000 раз. Для сравнения, срок службы свинцово-кислотных батарей обычно составляет всего около 300 раз, и этот разрыв очень очевиден. Это означает, что при использовании литий-фосфатных батарей нет необходимости в частой замене аккумуляторов, что позволяет сэкономить деньги и сэкономить на хлопотах. Например, в области хранения энергии система хранения энергии с использованием литий-фосфатных батарей может стабильно работать в течение многих лет и выполнять большое количество циклов заряда и разряда, обеспечивая надежные гарантии хранения и использования энергии, а также значительно снижая последующие расходы на обслуживание и замену.

Хорошая защита окружающей среды: "Зеленый вестник" для защиты окружающей среды

Сегодня, когда экологическая сознательность растет, экологичность батарей также привлекает большое внимание. Литий-фосфатные батареи можно назвать "зеленым вестником", который защищает окружающую среду. Его основными компонентами являются железо и фосфор, которые не только богаты ресурсами, но и очень экологичны. В процессе производства они не выделяют большого количества тяжелых металлов, как некоторые традиционные батареи. Кроме того, литий-фосфатные батареи относительно легко перерабатываются, что позволяет эффективно снизить вред, наносимый окружающей среде отходами от батарей, и соответствует концепции устойчивого развития. BYD приложила много усилий для переработки аккумуляторов, перерабатывая использованные литий-фосфатные батареи. аккумуляторы Извлечение из них полезных материалов и повторное использование их в производстве не только экономит ресурсы, но и защищает окружающую среду.

Быстрая скорость зарядки: эффективный и удобный "эксперт по быстрой зарядке"

В наш стремительный век скорость зарядки также волнует всех. Литий-фосфатные батареи отлично справляются с этой задачей и являются "экспертами по быстрой зарядке". Они обладают высокой эффективностью зарядки и могут заряжаться за короткое время. Например, некоторые новые энергетические автомобили, оснащенные литий-фосфатными батареями, могут зарядиться от низкого уровня до уровня 80% примерно за полчаса при использовании оборудования для быстрой зарядки, что значительно экономит время зарядки. Для тех, кому приходится часто путешествовать, это очень удобно. Им не нужно долго ждать зарядки, и они могут организовать свои поездки более эффективно.

Стабильная производительность: универсальный инструмент для различных условий

Независимо от температуры и условий работы, характеристики литий-фосфатных батарей относительно стабильны, как у "универсалов" с суперприспособляемостью. В условиях высокой температуры он может поддерживать низкое внутреннее сопротивление и высокий срок службы, не "ломаться" из-за повышения температуры и стабильно вырабатывать электрическую энергию. В условиях низких температур, хотя их производительность в определенной степени пострадает, они уже имеют хорошие характеристики по сравнению с некоторыми другими типами батарей. Например, холодной зимой аккумулятор некоторых мобильных телефонов будет быстро разряжаться из-за низких температур или даже автоматически отключаться, но вероятность того, что это произойдет с устройствами, использующими литий-фосфатные аккумуляторы, будет гораздо меньше, и они по-прежнему смогут нормально работать и удовлетворять наши потребности.

Недостатки: Ни один аккумулятор не является идеальным

Хотя литий-фосфатные батареи имеют множество преимуществ, в мире не существует идеальной батареи, и она также имеет некоторые недостатки.

Низкая плотность энергии: немного "громоздкий" носитель энергии

По сравнению с троичными литиевыми батареями литий-фосфатные батареи имеют более низкую энергетическую плотность. Низкая энергетическая плотность означает, что при том же весе или объеме они не могут хранить столько же электрической энергии. Например, плотность энергии тройных литиевых батарей может достигать более 200 Вт-ч/кг, в то время как литий-фосфатные батареи обычно имеют плотность около 150 Вт-ч/кг. Это как два рюкзака: в один помещается много вещей, а в другой - меньше. Поэтому устройства, использующие литий-фосфатные батареи, могут иметь меньший радиус действия, или для достижения определенного радиуса действия требуется больший размер и вес батареи, что будет ограничено в некоторых сценариях применения, где предъявляются жесткие требования к пространству и весу, например, в беспилотниках.

Высокая стоимость: ценовые факторы, ограничивающие популяризацию

Несмотря на то, что сам материал не дорогой и ресурсов много, общая стоимость производства литий-фосфатных батарей не низкая. С одной стороны, процесс их производства относительно сложен и предъявляет высокие требования к производственному оборудованию и окружающей среде, что увеличивает стоимость производства. С другой стороны, эффективность производства литий-фосфатных батарей недостаточно высока, и необходимо повышать коэффициент выхода, что затрудняет снижение конечной стоимости батареи. По сравнению с некоторыми другими типами батарей, ценовое преимущество литий-фосфатных батарей не столь очевидно, что в определенной степени ограничивает их применение и популярность в широком спектре областей.

Низкая производительность при низких температурах: неприятность в холодную погоду

Литий-фосфатные аккумуляторы плохо работают в условиях низких температур, что можно назвать "небольшим недостатком". Если температура ниже 0℃, это значительно ухудшает характеристики батареи, внутреннее сопротивление батареи увеличивается, что приводит к уменьшению емкости батареи и снижению скорости зарядки. При температуре около -20℃ снижение емкости батареи может составить около 55%. Это похоже на то, что зимой мобильность людей ослабевает, и батарея становится "менее мощной" при низких температурах. В холодную северную зиму дальность хода электромобилей с литий-фосфатными батареями значительно сократится, что доставит немало хлопот пользователям.

Проблема согласованности: неодинаковые "члены команды"

При производстве литий-фосфатных батарей нелегко обеспечить полное соответствие характеристик каждой батареи. Из-за влияния таких факторов, как производственный процесс и сырье, между различными батареями будут наблюдаться определенные различия, что и является проблемой согласованности. Когда несколько батарей используются в аккумуляторном блоке, эта несогласованность будет заметна. Как и в команде, если способности ее членов неодинаковы, это скажется на общей эффективности работы. Батареи с плохими характеристиками в батарейном блоке ограничат производительность всего батарейного блока, что приведет к сокращению срока службы батарейного блока, а также может повлиять на стабильность и надежность оборудования.

Однако исследователи не сидят сложа руки и упорно работают над решением этих проблем. Благодаря усовершенствованию формул материалов, оптимизации производственных процессов и разработке новых структур батарей удалось улучшить характеристики литий-фосфатных батарей и постепенно устранить их недостатки.

Широко используется: "невидимый помощник" в жизни

Литий-фосфатные батареи широко используются во многих областях благодаря своим преимуществам. Они словно "невидимые помощники" в нашей жизни, безмолвно играющие важную роль.

Сектор электромобилей: делаем поездки экологичнее и безопаснее

В области электромобилей литий-фосфатные батареи являются "звездными продуктами". У Tesla есть много моделей, в которых используются литий-фосфатные батареи, а "батарея-лезвие" BYD также относится к типу литий-фосфатных батарей. Эти электромобили, оснащенные литий-фосфатными батареями, отличаются гарантированной безопасностью, длительным сроком службы и относительно низкой стоимостью. Например, Tesla Model 3 Standard Range Upgrade Edition после замены литий-фосфатной батареи имеет более высокую экономическую эффективность, что позволяет большему числу потребителей наслаждаться удобством и защитой окружающей среды, которые приносят электромобили. Кроме того, с развитием технологий плотность энергии литий-фосфатных батарей продолжает расти, и запас хода также увеличивается. Ожидается, что в будущем это позволит удовлетворить потребности большего числа потребителей в поездках и сделает электромобили более конкурентоспособными на рынке.

Область применения систем хранения энергии: "стабильный управляющий" энергией

В области систем хранения энергии литий-фосфатные аккумуляторы также показывают отличные результаты. Они подобны "стабильному эконому", который может накапливать избыточную электрическую энергию и высвобождать ее при необходимости, обеспечивая гарантию стабильного энергоснабжения. Независимо от того, идет ли речь о безопасном подключении к электросети возобновляемых источников энергии, таких как ветрогенераторы и фотоэлектрические станции, или о регулировании пиковой мощности электросети и распределенных электростанций, системы хранения энергии на основе литий-фосфатных аккумуляторов незаменимы. В некоторых отдаленных районах электроэнергия, вырабатываемая фотоэлектрическими станциями, может храниться в литий-фосфатных батареях, чтобы местные жители могли использовать ее ночью или в пасмурные дни, решая проблему нестабильного энергоснабжения. Кроме того, длительный срок службы и высокая безопасность литий-фосфатных аккумуляторов аккумуляторы Кроме того, это делает систему хранения энергии более надежной и способной стабильно работать в течение длительного времени.

Электроинструменты: мощный партнер для эффективной работы

В области электроинструментов литий-фосфатные аккумуляторы стали "мощным партнером" для многих людей. Для таких распространенных электроинструментов, как электродрели и электропилы, скорость зарядки после использования литий-фосфатных аккумуляторов становится выше, что позволяет выполнять работу более эффективно. Более того, высокая безопасность литий-фосфатных батарей также снижает риски безопасности при использовании электроинструментов. Например, некоторые профессиональные строители используют электроинструменты, оснащенные литий-фосфатными батареями, не беспокоясь о том, что батарея может быть опасной во время использования, и могут работать более безопасно.

Портативные электронные устройства: малый размер, большая мощность

В области портативных электронных устройств, хотя плотность энергии литий-фосфатных батарей не самая высокая, их стабильность и безопасность позволяют использовать их в некоторых устройствах, предъявляющих особые требования к характеристикам батарей. Полевые приборы обнаружения, военное оборудование связи и т.д. требуют от батарей стабильной работы в различных условиях, и литий-фосфатные батареи вполне отвечают этим требованиям. При исследовании дикой природы, если в портативном GPS-устройстве используются литий-фосфатные батареи, они могут обеспечить нормальную работу оборудования даже в суровых условиях, таких как высокие и низкие температуры, и предоставить исследователям точную информацию о местоположении.

Будущее многообещающе: прогноз тенденций развития

Перспективы развития литий-фосфатных батарей весьма радужны, и во многих ключевых областях ожидаются значительные прорывы.

Что касается контроля над расходами, то с развитием технологий и совершенствованием промышленной цепочки открываются широкие возможности для снижения стоимости сырья и производственных затрат. По прогнозам авторитетных исследовательских институтов, к 2025 году стоимость фосфата лития снизится до 0,4 юаня/час, что на 60% меньше, чем в 2020 году. Снижение стоимости сделает литий-фосфатные батареи более конкурентоспособными на рынке и будет способствовать дальнейшему росту их популярности в различных областях.

Повышение плотности энергии также является ключевым направлением для будущего развития литий-фосфатных батарей. Исследователи активно разрабатывают новые материалы и процессы для повышения энергетической плотности литий-фосфатных батарей. аккумуляторы . Такие компании, как CATL, достигли определенных результатов в этом направлении, и ожидается, что в будущем они добьются еще больших успехов. Ожидается, что в ближайшие несколько лет плотность энергии литий-фосфатных батарей может увеличиться до более чем 200 Вт-ч/кг, что позволит эффективно решить проблему малого запаса хода.

Прогресс технологии переработки также привлекает большое внимание. В настоящее время переработка отработанных литий-железо-фосфатных батарей стала горячей точкой в отрасли. С постоянным развитием технологий эффективность переработки и коэффициент использования ресурсов будут значительно улучшены. В будущем могут появиться более экологичные и эффективные технологии переработки, которые позволят добиться вторичного использования материалов батарей и снизить воздействие на окружающую среду. В то же время это позволит сократить добычу сырья и сэкономить ресурсы.

С точки зрения расширения сферы применения, помимо существующих электромобилей, накопителей энергии, электроинструментов и других областей, ожидается, что литий-фосфатные аккумуляторы засияют и в новых областях. Например, в аэрокосмической отрасли, по мере увеличения плотности энергии, они могут быть использованы в малых самолетах в будущем; в области умных домов, литий-фосфатные батареи могут также обеспечить стабильную поддержку питания для различных умных устройств, открывая более широкое рыночное пространство.

Резюме и взаимодействие

В целом, литий-фосфатные батареи играют важную роль в электромобилях, системах хранения энергии, электроинструментах и портативных электронных устройствах благодаря своей высокой безопасности, длительному сроку службы, хорошей защите окружающей среды, быстрой скорости зарядки и стабильной работе. Хотя у них есть такие недостатки, как низкая плотность энергии, высокая стоимость, плохая работа при низких температурах и проблемы с консистенцией, эти проблемы постепенно решаются с постоянным развитием технологий, и перспективы будущего развития очень широки.

Если у вас есть вопросы о литий-фосфатных аккумуляторах или собственные идеи относительно будущих сценариев их применения, пожалуйста, оставьте сообщение в области комментариев для обсуждения. Давайте смело предскажем, в какой новой области фосфат лития аккумуляторы будет широко использоваться через пять лет? Я с нетерпением жду, когда все поделятся своими мнениями, и мы будем общаться вместе, чтобы изучить больше возможностей литий-фосфатных батарей".