磷酸铁锂电池

自锂电池问世以来，围绕锂电池的研发工作一直在持续进行。20世纪90年代末，锂聚合物电池被开发出来，2002年后磷酸铁锂电池被引入。

锂离子电池的内部主要由正极、负极、电解质和隔膜组成。由于阳极、阴极和电解液的材料和工艺不同，电池具有不同的财产和不同的名称。目前，锂钴氧化物（LiCoO2）是市场上锂离子电池的主要正极材料，使用锂锰氧化物（LiMn2O4）和锂镍氧化物（LiNiO2）作为正极材料的锂离子电池也不多。通常，采用后两种正极材料的锂离子电池被称为“锂锰电池”和“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂电池是锂离子电池家族的新成员，使用磷酸亚铁锂作为正极。

通常，锂离子电池的电解质是液体。后来，固体和凝胶聚合物电解质被开发出来，因此这种锂离子电池被称为锂聚合物电池，其性能优于使用液体电解质的锂离子电池。

磷酸铁锂电池的全名应该是磷酸亚铁锂锂离子电池，这个名字太长了。由于其性能特别适合电力应用，因此在名称中添加了“电力”一词，即磷酸亚铁锂动力电池。有些人称之为“锂铁（LiFe）动力电池”。

1.使用LiFePO4作为阳极的意义。

目前，用于锂离子电池的主要正极材料是LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2和LiFePO4。在这些金属元素中，钴（Co）是最昂贵的，并且具有小的存储容量，而镍（Ni）和锰（Mn）是更便宜的，而铁（Fe）是最便宜的。阴极材料的价格也与这些金属的价格一致。因此，由LiFePO4正极材料制成的锂离子电池应该是最便宜的。它的另一个特点是对环境没有污染。

作为一种可充电电池，其要求是：高容量、高输出电压、良好的充放电循环性能、稳定的输出电压、大电流充放电、电化学稳定性、使用安全（不因过充电、过放电和短路等不当操作而引起燃烧或爆炸）、宽的工作温度范围，无性或性较小，对环境无污染。以LiFePO4为正极的磷酸铁锂电池具有良好的性能要求，特别是在高放电速率（5~10c放电）、稳定的放电电压、安全性（不燃烧或爆炸）、使用寿命长（循环次数）和对环境无污染等方面。它是目前最好的高电流输出的动力电池。

2.LiFePO4电池的结构和工作原理

LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，与铝箔相连，中间有一个聚合物隔膜，将正极与负极分开，但锂离子Li+可以通过，而电子e-不能通过，右边是，电池的负极由碳（石墨）制成，并通过铜箔与电池的负极连接。电池的上端和下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密封。

图1 lifepo 4电池的内部结构

当对LiFePO4电池充电时，正极中的Li+通过聚合物隔膜迁移到负极。在放电过程中，负极中的Li+通过隔膜迁移到正极。锂离子电池之所以命名，是因为锂离子在充电和放电过程中来回迁移。

3.LiFePO4电池的主要性能

LiFePO4电池的标称电压为3.2V，终端充电电压为3.6V，终端放电电压为2.0V。由于各制造商使用的阳极材料、阴极材料和电解质材料的质量和技术不同，它们的财产会有所不同。例如，同一型号（相同包装的标准电池）的电池容量差异很大（10%~20%）。

磷酸亚铁锂动力电池的主要性能如表1所示。为了与其他可充电电池进行比较，表中还列出了其他类型可充电电池的性能。它应该……

e在这里注意到，不同工厂生产的磷酸亚铁锂动力电池在各种性能参数上会有一些差异；此外，还不包括电池的一些财产，如电池内阻、自充电率、充放电温度等。

表1磷酸亚铁锂动力电池主要性能参数

磷酸亚铁锂动力电池的容量大不相同，可分为三类：从十分之几到几毫安的小型电池、几十毫安的中型电池和几百毫安的大型电池。不同类型电池的相同参数也存在一些差异。本文介绍了目前广泛使用的小型标准圆柱形磷酸亚铁锂动力电池的参数。其外形尺寸：直径18mm，高度650mm（型号18650），其参数性能如表2所示。

表2小型标准圆柱形封装磷酸亚铁锂动力电池参数

4、过放电至零电压测试

采用STL18650（1100毫安时）的磷酸亚铁锂动力电池已进行了零电压放电测试。测试条件：将充电速率为0.5C的STL18650电池充满电，然后以1.0C的放电速率放电，直到电池电压为0C。然后，将置于0V的电池分为两组：一组储存7天，另一组储存30天；储存期满后，它将以0.5C的充电速率充满电，然后以1.0C的充电率放电。最后，比较了两种零电压储存周期之间的差异。

测试结果表明，该电池在零电压下储存7天后没有泄漏，性能良好，容量为100%。储存30天后，它没有泄漏，性能良好，容量为98%。在储存30天后，对电池进行3次充放电，容量恢复到100%。

该测试表明，即使过度放电（甚至到0V）并储存一定时间，电池也不会泄漏或损坏。这是其他类型的锂离子电池所没有的特性。

5.磷酸铁锂电池的特性

通过以上介绍，LiFePO4电池可以总结如下。

高效输出：标准放电2~5c，连续大电流放电可达10C，瞬时脉冲放电（10S）可达20C

;

高温性能好：外部温度65℃时内部温度高达95℃，电池放电时温度可达160℃，电池结构安全完好；

即使电池内部或外部损坏，电池也不会燃烧或爆炸，安全性最好；

优异的循环寿命，500次循环后，其放电容量仍大于95%；

过放电至零伏未损坏；

可以快速充电；

成本低；

对环境无污染。

6.磷酸亚铁锂动力电池的应用

由于磷酸亚铁锂动力电池具有上述特点，可以生产各种不同容量的电池，因此很快就得到了广泛的应用。其主要应用领域有：

大型电动汽车：公交车、电动汽车、景区和混合动力汽车；

轻型电动汽车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电池车、叉车、清洁车、电动轮椅等。

电动工具：电钻、链锯、割草机等。

汽车、船只、飞机和其他玩具的远程控制；

用于太阳能和风力发电的储能设备；

UPS和应急灯、警示灯和矿灯（最佳安全）；

更换相机中的3V一次性锂电池和9V镍镉或镍氢可充电电池（尺寸完全相同）；

小型医疗设备和便携式仪器。

以下是用磷酸亚铁锂动力电池代替铅酸电池的应用实例。使用36V/10Ah（360Wh）铅酸电池，重量12公斤，一次充电可行走约50公里，可充电约100次，使用时间约为一年。如果使用磷酸亚铁锂动力电池，则使用360Wh的相同能量（由12个10Ah串联电池组成），其重量约为4kg，一次充电可行驶约80km，充电次数可达1000次，使用寿命可达3-5年。尽管磷酸亚铁锂动力电池的价格远高于铅酸电池，但总体经济效果是磷酸亚铁锂在使用中更好、更轻。

（编辑/董海荣）自锂电池问世以来，围绕锂电池的研发工作一直在持续进行。20世纪90年代末，锂聚合物电池被开发出来，2002年后磷酸铁锂电池被引入。

锂离子电池的内部主要由正极、负极、电解质和隔膜组成。由于阳极、阴极和电解液的材料和工艺不同，电池具有不同的财产和不同的名称。目前，锂钴氧化物（LiCoO2）是市场上锂离子电池的主要正极材料，使用锂锰氧化物（LiMn2O4）和锂镍氧化物（LiNiO2）作为正极材料的锂离子电池也不多。通常，采用后两种正极材料的锂离子电池被称为“锂锰电池”和“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂电池是锂离子电池家族的新成员，使用磷酸亚铁锂作为正极。

通常，锂离子电池的电解质是液体。后来，固体和凝胶聚合物电解质被开发出来，因此这种锂离子电池被称为锂聚合物电池，其性能优于使用液体电解质的锂离子电池。

磷酸铁锂电池的全名应该是磷酸亚铁锂锂离子电池，这个名字太长了。由于其性能特别适合电力应用，因此在名称中添加了“电力”一词，即磷酸亚铁锂动力电池。有些人称之为“锂铁（LiFe）动力电池”。

1.使用LiFePO4作为阳极的意义。

目前，用于锂离子电池的主要正极材料是LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2和LiFePO4。在这些金属元素中，钴（Co）是最昂贵的，并且具有小的存储容量，而镍（Ni）和锰（Mn）是更便宜的，而铁（Fe）是最便宜的。阴极材料的价格也与这些金属的价格一致。因此，由LiFePO4正极材料制成的锂离子电池应该是最便宜的。它的另一个特点是对环境没有污染。

作为一种可充电电池，其要求是：高容量、高输出电压、良好的充放电循环性能、稳定的输出电压、大电流充放电、电化学稳定性、使用安全（不因过充电、过放电和短路等不当操作而引起燃烧或爆炸）、宽的工作温度范围，无性或性较小，对环境无污染。以LiFePO4为正极的磷酸铁锂电池具有良好的性能要求，特别是在高放电速率（5~10c放电）、稳定的放电电压、安全性（不燃烧或爆炸）、使用寿命长（循环次数）和对环境无污染等方面。它是目前最好的高电流输出的动力电池。

2.LiFePO4电池的结构和工作原理

LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，与铝箔相连，中间有一个聚合物隔膜，将正极与负极分开，但锂离子Li+可以通过，而电子e-不能通过，右边是，电池的负极由碳（石墨）制成，并通过铜箔与电池的负极连接。电池的上端和下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密封。

图1 lifepo 4电池的内部结构

当对LiFePO4电池充电时，正极中的Li+通过聚合物隔膜迁移到负极。在放电过程中，负极中的Li+迁移到正极……

通过分离器。锂离子电池之所以命名，是因为锂离子在充电和放电过程中来回迁移。

3.LiFePO4电池的主要性能

LiFePO4电池的标称电压为3.2V，终端充电电压为3.6V，终端放电电压为2.0V。由于各制造商使用的阳极材料、阴极材料和电解质材料的质量和技术不同，它们的财产会有所不同。例如，同一型号（相同包装的标准电池）的电池容量差异很大（10%~20%）。

磷酸亚铁锂动力电池的主要性能如表1所示。为了与其他可充电电池进行比较，表中还列出了其他类型可充电电池的性能。这里需要注意的是，不同工厂生产的磷酸亚铁锂动力电池在各种性能参数上会有一些差异；此外，还不包括电池的一些财产，如电池内阻、自充电率、充放电温度等。

表1磷酸亚铁锂动力电池主要性能参数

磷酸亚铁锂动力电池的容量大不相同，可分为三类：从十分之几到几毫安的小型电池、几十毫安的中型电池和几百毫安的大型电池。不同类型电池的相同参数也存在一些差异。本文介绍了目前广泛使用的小型标准圆柱形磷酸亚铁锂动力电池的参数。其外形尺寸：直径18mm，高度650mm（型号18650），其参数性能如表2所示。

表2小型标准圆柱形封装磷酸亚铁锂动力电池参数

4、过放电至零电压测试

采用STL18650（1100毫安时）的磷酸亚铁锂动力电池已进行了零电压放电测试。测试条件：将充电速率为0.5C的STL18650电池充满电，然后以1.0C的放电速率放电，直到电池电压为0C。然后，将置于0V的电池分为两组：一组储存7天，另一组储存30天；储存期满后，它将以0.5C的充电速率充满电，然后以1.0C的充电率放电。最后，比较了两种零电压储存周期之间的差异。

测试结果表明，该电池在零电压下储存7天后没有泄漏，性能良好，容量为100%。储存30天后，它没有泄漏，性能良好，容量为98%。在储存30天后，对电池进行3次充放电，容量恢复到100%。

该测试表明，即使过度放电（甚至到0V）并储存一定时间，电池也不会泄漏或损坏。这是其他类型的锂离子电池所没有的特性。

5.磷酸铁锂电池的特性

通过以上介绍，LiFePO4电池可以总结如下。

高效输出：标准放电2~5c，连续大电流放电可达10C，瞬时脉冲放电（10S）可达20C

;

高温性能好：外部温度65℃时内部温度高达95℃，电池放电时温度可达160℃，电池结构安全完好；

即使电池内部或外部损坏，电池也不会燃烧或爆炸，安全性最好；

优异的循环寿命，500次循环后，其放电容量仍大于95%；

过放电至零伏未损坏；

可以快速充电；

成本低；

对环境无污染。

6.磷酸亚铁锂动力电池的应用

由于磷酸亚铁锂动力电池具有上述特点，可以生产各种不同容量的电池，因此很快就得到了广泛的应用。其主要应用领域有：

大型电动汽车：公交车、电动汽车、景区和混合动力汽车；

轻型电动汽车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电池车、叉车、清洁车、电动轮椅等。

电动工具：电钻、链锯、割草机等。

汽车、船只、飞机和其他玩具的远程控制；

用于太阳能和风力发电的储能设备；

UPS和应急灯、警示灯和矿灯（最佳安全）；

更换相机中的3V一次性锂电池和9V镍镉或镍氢可充电电池（尺寸完全相同）；

小型医疗设备和便携式仪器。

以下是用磷酸亚铁锂动力电池代替铅酸电池的应用实例。使用36V/10Ah（360Wh）铅酸电池，重量12公斤，一次充电可行走约50公里，可充电约100次，使用时间约为一年。如果使用磷酸亚铁锂动力电池，则使用360Wh的相同能量（由12个10Ah串联电池组成），其重量约为4kg，一次充电可行驶约80km，充电次数可达1000次，使用寿命可达3-5年。尽管磷酸亚铁锂动力电池的价格远高于铅酸电池，但总体经济效果是磷酸亚铁锂在使用中更好、更轻。

（编辑/董海荣）

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