磷酸铁锂电池充放电曲线和循环曲线.pdf

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磷酸铁锂电池充放电曲线和循环曲线pdf,10C 充放电 1000 次循环容量衰减在 25% 以内 , 充放电平台稳定 , 安全性能优良 , 可大电流充放电 , 完全解决了钴酸锂 , 锰酸锂等材料做动力型电池所存在的安全隐患和使用寿命问题。
新型磷酸铁锂动力电池 中心议题: 磷酸铁锂电池的结构与工作原理 磷酸铁锂电池的放电恃性及寿命 磷酸铁锂电池的使用特点 磷酸铁锂动力电池的应用状况 自锂离子电池问世以来,围绕它的研究、开发工作一直不断地进行着,上世纪90年代末又开发 出锂聚合物电池,2002年后则推出磷酸铁锂动力电池。 锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上 的差异使电池有不同的性能,并且有不同的名称。目前市场上的锂离子电池止极材料主要是氧 化钴锂( LICo2),另外还有少数采用氧化锰锂(LiMn204)及氧化镍锂(LiNO2)作正板材料的 锂离子电池,一般将后两种正极材料的锂离子电池称为“锂锰电池ˉ及“锂镍电池”。新开发的磷酸 铁锂动力电池是用磷酸铁锂( LiFePO4)材料作电池正极的锂离子电池,它是锂离子电池家族 的新成员。 般锂离子电池的电解质是液体的,后来开发岀固态及凝胶型聚合物电解质,则称这种锂离子 电池为锂聚合物电池,其性能优于液体电解质的锂离子电池。 磷酸铁锂电池的全名应是磷酸铁锂锂离子电氾,这名字太长,简称为磷酸铁锂电池。由于它的 性能特别适于作动力方面的应用,则在名称中加入“动力”两字,即磷酸铁锂动力电池。也有人 把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。 采用 LiFePo4材料作正极的意义 目前用作锂离子电池的正极材料主要有: LiCoO2、LiMn2O4、LiNO2及 LiFePO4。这些组成 电池正极材料的金属元素中,钴(Co)最贵,并且存储量不多,镍(Ni)、锰(Mn)较便宜, 血铁(Fθ)最使宜。止极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此,采用 LiFePo4止极 材料做成的锂离子电池应是最使宜的。它的另一个特点是对坏境无污染。 作为叮充电电池的要求是:容量高、输岀电压高、良好的充放电循坏性能、输出电压稳定、能 大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引 起燃烧或爆炸)、匚作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用 LiFePo4作正极的磷酸 铁锂电池在这些性能要求上都不错,特别在大放电率放电(5~10C放电)、放电电压平稳上、 安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上,它是最好的,是目前最 好的大电流输出动力电池 LiFePo4电池的结构与工作原理 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,由铝 箔与电池正极连接,中闻是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子凵i+可以通过而电子 e-不能通过,右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电泡的负极连接。电池的上下端 之间是电池的电解质,电池由金属外壳密闭封装。 正极 (铝陷) 电解质 LI-ion Feos Po4 磷化物 聚合物滑魏 负极 (铜苗 石罄) 图1 iFeP4电池内部结构 LiFePo4电池在充电时,正极中的锂离子L+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中,负 极中的锂离子Lⅰ通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名 的 LiFePO4电池主要性能 LiFEPo4电池的标称电压是32V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是20V。由于各个生产 厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同,其性能上会有些差异。例如同一种 型号(同一种封装的标准电池),其电池的容量有较大差别(10%~20%)。 磷酸铁锂动力电池主要性能列于表1ε为了与其他叮充电电池的相比较,也在表中列出其他种 类可充电电池性能。这里要说明的是,不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会 有一些差别;另外,有一些电池性能未列入,如电池内阻、自放电率、充放电温度等。 叫选理方吧性它与飞吧鬥性而的 位平坤想平动力e的积动力的钟培单乓成我 而ri i改1 工巾范 1.3 .∷且 单己守位 甲,带二能量 Wy.3 泣节量 2.5 工炸车 士巴 i打云 r 大地汇出了 充 诮,手 肥大忠、圬F 可炮烧、冯烨 不不买地 可能烧 总.与 . 磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别,可以分成三类:小型的零点几到几亳安时、中型的几十 亳安时、大型的几百亳安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。这里再介绍一种目前应 用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池的参数。其外廓尺寸:直径为18mm、高65 0mm(型号为18650),其参数性能如表2所示。 表2小型标准圆柱形封装磷酸铁锂动力电池 的参数 项巨 性飽 典爽型登量108×446A 标称电压 匚终止充中电压36玉895¥ 止放电电压 Y 内阻 3~8m 最大充电电流 ]~].5 一般充电电流 鲁.2.5C 最大放电电流 5~]L 般放流 p5≈]C 工作温度范图充电;4~45 放电:-2~6℃ 注;x有的厂家为~65℃ 典型的放电特性及寿命 种型号为STL18650的憐酸铁锂动力电池(容量为1100mAh)在不同的放电率时其放电特 性如图2所示。最小的放电率为0.5C,最大的放电率为10C,五种不同的放电率形成一组放电 曲线。由图2中可看出,不管哪一种放电率,其放电过程中电压是很平坦的(即放电电压平稳 基本保持不变),只有快到终止放电电压时,曲线才向下弯曲(放电量达到800mAh以后才出 现向下弯曲)。在0.5~10C的放电率范围内,输出电压大部分在27~32V范围内变化。这 说明该电池有很好的放电特性 STL LiFe Power 18650(1100mAl 15 40 800 1d00 放电容量mAh 图2STL18650的放电特性 容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下(从-20~+40C)的放电曲线如图3所示。 如果在23℃时放电容量为100%,则在0℃时的放电容量降为78%,而在-20℃时降到65%, 在+40℃放电时其放电容量略大于100% 从图3中可看出,STL18650憐酸铁锂电池可以在-20℃卜工作,但输出能量要降低35%左右 20℃ STL Life Power 18650(1000mAh) 23℃ 3.4 4 3,2 2.8 26 22 01002003004009063708000100tt00 放电容量mA 图3sTL18650在多温度条件下的放电曲线 STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是:以1C充电率充电, 以2C放电率放电,历经570次充放电循环。从图4的特性曲线可看出,在经过570次充放电 循坏,其放电容量未变,说明该电池有很高的寿命。 cL LiFE PEE189yn场 1cnAc72 A Dichan动 e ICO 200 图4STL18650的充放电循环寿命曲线 过放电到零电压试验 采用STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验条件:用0.5 C充电率将1100mAh的STL18650电池充满,然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再 将放到0V的电池分两组:一组存放7天,另一组存放30天;存放到期后再用0.5C充电率充 满,然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。 试验的结果是,零电压存放7天后电池无泄漏,性能良好,容量为100%;存放30天后,无泄 漏、性能良好,容量为98%;存放30天后的电池再做3次充放电循环,容量又恢复到10%。 这试验说明该电池即使岀现过放电(甚至到0∨),并存放一定时间,电池也不泄漏、损坏。这 是其他种类锂离子电池不具有的特性。 磷酸铁锂电池的特点 通过上述介绍, LiFePO4电池可归纳卜述特点。 1高效率输出:标准放电为2~5C、连续高电流放电可达10C,瞬间脉冲放电(10S)可达20 2高温时性能良好:外部温度65℃时内部温度则高达95℃,电池放电结束时温度可达160℃, 电池的结构安全、完好; 3即使电池内部或外部受到伤害,电池不燃烧、不爆炸、安全性最好; 4极好的循环寿命,经500次循环,其放电容量仍大于95% 5过放电到零伏也无损坏; 6可快速充电; 7低成本 8对环境无污染。

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