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磷酸鐵鋰電池與鈦酸鋰電池哪個好?

在鋰電池家族里面,磷酸鐵鋰電池與鈦酸鋰電池具有比較好的電化學性能,很多對電池有需求,但對電池又不了解的朋友很納悶,磷酸鐵鋰電池與鈦酸鋰電池哪個更好?下面從它們各自的優缺點對比哪個更好。

鈦酸鋰電池

1、鈦酸鋰電池

鈦酸鋰電池具有體積小、重量輕、能量密度高、密封性能好、無泄露、無記憶效應、自放電率低、充放電迅速、循環壽命超長、工作環境溫度范圍寬、安全穩定綠色環保等特點,所以在通信電源領域具有非常廣泛的應用前景。

鈦酸鋰作為負極材料時電位平臺高達1.55V,比傳統石墨負極材料高出1V還多,雖然損失了一些能量密度,但也意味著電池更加安全。技術專家盧藍光曾表示,電池快速充電時對負極電壓需求比較低,但如果過低,鋰電池就容易析出非常活潑的金屬鋰,這種鋰離子不僅導電,還能跟電解液起反應,然后釋放熱量,產生可燃氣體,引發火災。而鈦酸鋰因為高出來的1V電壓避免了負極電壓為0的情況,也就間接避免了鋰離子的析出,從而保證了電池的安全性。

由于鈦酸鋰電池在高溫、低溫環境中均可以達到安全使用,也體現出其耐寬溫(尤其耐低溫)的重要優勢。目前,銀隆鈦酸鋰電池的安全工作溫度區域在-50度到65度之間,而普通石墨類負極電池在溫度低于-20度時能量就開始衰減,

-30度時充電容量僅為充電總容量的14%,在嚴寒天氣下根本無法正常工作。此外,由于鈦酸鋰電池即便過度充電,也僅有1%的體積變化,被稱為零應變材料,這使其有著極長的壽命。銀隆董事長魏銀倉曾表示,銀隆鈦酸鋰電池壽命可達30年,與汽車使用壽命相當,而普通石墨負極材料電池平均壽命不過3-4年。

從全壽命周期看,鈦酸鋰電池成本更低。

鈦酸鋰的最后一個優勢是快速充放電能力強,充電倍率高。目前銀隆鈦酸鋰電池的充電倍率有10C、甚至20C,而普通石墨負極材料的電池充電倍率僅有2C-4C。基于鈦酸鋰電池的這些技術特點,業內人士認為其契合了新能源公交車、大型儲能裝備的需求。拿公交車來說,一般單趟里程不超過4公里,每次終點站進站等待到下次發車時間間隔至少需要幾分鐘時間。這時鈦酸鋰電池能量密度低的劣勢不會影響客車的使用,反而體現出電池快充的好處。作為公共交通工具,公交車對電池的安全性、耐用性都提出了更高要求。

鈦酸鋰電池存在問題以及不足之處:

雖然極佳的安全性能使得對鈦酸鋰離子電池的研究成為熱點,但是Li,Ti,0。材料本身的較低的電子電導率(10-13S/cm)和鋰離子擴散系數(10-10~10-13cm2/S)極大地限制了在大倍率充放下的應用。有學者研究表明,將Li4Ti5012的顆粒尺寸納米化以后可以擴大有效的反應面積和減小擴散距離,從而顯著的提升材料的倍率性能。但是需要指出的是,材料顆粒納米化的過程往往比較困難,需要較高的成本,目前難以實現大規模的工業生產。

鈦酸鋰電池在循環使用中會發生持續產氣,導致電池包鼓脹,高溫時尤其嚴重,影響正負極的接觸,增加電池阻抗,影響電池性能的發揮。這也是限制負極材料鈦酸鋰廣泛應用到電池中的主要障礙之一。

2、磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池

(1)磷酸鋰鐵電池的優點

1.LiFePO,電池的標稱電壓是3.2V(穩定的放電平臺)、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V;。

2.比容量大,高效率輸出:標準放電為2~5C、連續高電流放電可達10C,瞬間脈沖放電(10S)可達20C;

3.工作溫度范圍寬廣(-20℃—+75℃),高溫時性能良好:外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃,電池放電結束時溫度可達160℃,電池內部結構安全、完好;

4.即使電池內部或外部受到傷害,電池不燃燒、不爆炸、安全性最好;

5.極好的循環壽命,在100%DOD條件下,可以充放電2000次以上;(原因:磷酸鐵鋰晶格穩定性好,鋰離子的嵌入和脫出對晶格的影響不大,故而具有良好的可逆性。存在的不足是電子離子傳到率差,不適宜大電流的充放電,在應用方面受阻。解決方法:在電極表面包覆導電材料、摻雜進行電極改性。

6.過放電到零伏也無損壞,零電壓存放7天后電池無泄漏,性能良好,容量為100%;存放30天后,無泄漏、性能良好,容量為98%;存放30天后的電池再做3次充放電循環,容量又恢復到100%。

7.可快速充電,自放電少,無記憶效應:可大電流2C快速充放電,在專用充電器下,1.5C充電40分鐘內即可使電池充滿,起動電流可達2C;

8.高能量密度

其理論比容量為170mAh/g,產品實際比容量可超過140mAh/g(0.2C,25℃);

9.安全性

是目前最安全的鋰離子電池正極材料;不含任何對人體有害的重金屬元素;

10.無記憶效應

11.充電性能

磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池,可以使用大倍率充電,最快可在1小時內將電池充滿。

原料來源豐富、價廉,環境友好,不含任何對人體有害的重金屬元素

12、熱穩定性好

磷酸鐵鋰熱穩定性很好,FePO4在210~410C的溫度范圍內放出的熱量僅為210j/g;

LiCoO2充電狀態(CoO2)開始分解產生氧氣的溫度為240℃,放出熱量約為1000j/g

13、循環性能好

由于LiFePO4與FePO4結構相似,鋰離子脫出/嵌入后,LiFePO4晶體結構幾乎不發生重排。

8.低成本;

9.對環境無污染。

(2)磷酸鐵鋰電池缺點

國內現在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料,從政府、科研機構、企業甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料,將其作為動力型鋰離子電池的發展方向。分析其原因,主要有下列兩點:首先是受到美國研發方向的影響,美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國內一直沒有制備出可供動力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環與儲存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷,歸結起來主要有以下幾點:

1、在磷酸鐵鋰制備時的燒結過程中,氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質鐵的可能性。單質鐵會引起電池的微短路,是電池中最忌諱的物質。這也是日本一直不將該材料作為動力型鋰離子電池正極材料的主要原因。

2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,如振實密度與壓實密度很低,導致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差,即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。美國阿貢國家實驗室儲能系統中心主任DonHillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時候,他用terrible來形容,他們對磷酸鐵鋰型鋰離子電池測試結果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下(0℃以下)無法使電動汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯,但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在這種狀況下,設備根本就無法啟動工作。

3、材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學性能,但是也帶來了其它問題,如能量密度的降低、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對環境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵鋰中的化學元素Li、Fe與P很豐富,成本也較低,但是制備出的磷酸鐵鋰產品成本并不低,即使去掉前期的研發成本,該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本,會使得最終單位儲能電量的成本較高。

4、產品一致性差。目前國內還沒有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決這一問題。從材料制備角度來說,磷酸鐵鋰的合成反應是一個復雜的多相反應,有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽,外加碳的前驅體以及還原性氣相。在這一復雜的反應過程中,很難保證反應的一致性。

5、知識產權問題。目前磷酸鐵鋰的基礎專利被美國德州大學所有,而碳包覆專利被加拿大人所申請。這兩個基礎性專利是無法繞過去的,如果成本中計算上專利使用費的話,那產品成本將會進一步提高。

從上面的對比來看,總體來說磷酸鐵鋰電池要比鈦酸鋰電池要好些,能被市場接受和商業應用的前景更廣闊。

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