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    2021年12月25日 · 磷酸鐵鋰電池也有其缺點：例如低溫性能差，正極材料振實密度小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大於鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優勢。

  4. www.newton.com.tw › wiki › 磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池:八大優勢,缺點,工作原理,特點,套用,電池性能,科研 ...

    • 概觀
    • 基本介紹
    • 八大優勢
    • 缺點
    • 工作原理
    • 特點
    • 套用
    • 電池性能
    • 科研套用
    • 通信用磷酸鐵鋰電池組的主要技術要求

    磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。 鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料。

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    •中文名：磷酸鐵鋰電池

    •外文名：Lithium iron phosphate Battery

    •化學式：LiFePO4

    •電壓：3.2V

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    安全性能的改善

    磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質，因此擁有良好的安全性。有報告指出，實際操作中針刺或短路實驗中發現有小部分樣品出現燃燒現象，但未出現一例爆炸事件，而過充實驗中使用大大超出自身放電電壓數倍的高電壓充電，發現依然有爆炸現象。雖然如此，其過充安全性較之普通液態電解液鈷酸鋰電池，已大有改善。

    壽命的改善

    磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。

    長壽命鉛酸電池的循環壽命在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力電池，循環壽命達到2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到2000次。同質量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就1~1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，理論壽命將達到7~8年。綜合考慮，性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流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,而鉛酸電池無此性能。

    高溫性能好

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    一種材料是否具有套用發展潛力，除了關注其優點外，更為關鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。

    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公司最早採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製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、在磷酸鐵鋰製備時的燒結過程中，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Don Hillebrand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。儘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、材料的製備成本與電池的製造成本較高，電池成品率低，一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆儘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。儘管磷酸鐵鋰中的化學元素Li，Fe與P很豐富，成本也較低，但是製備出的磷酸鐵鋰產品成本並不低，即使去掉前期的研發成本，該材料的工藝成本加上較高的製備電池的成本，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。從材料製備角度來說，磷酸鐵鋰的合成反應是一個複雜的多相反應，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。在這一複雜的反應過程中，很難保證反應的一致性。

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    磷酸鐵鋰電池的全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池，簡稱為磷酸鐵鋰電池。由於它的性能特別適於作動力方面的套用，則在名稱中加入“動力”兩字，即磷酸鐵鋰動力電池。也有人把它稱為“鋰鐵（LiFe）動力電池”。

    意義

    金屬交易市場，鈷（Co）最貴，並且存儲量不多，鎳（Ni）、錳（Mn）較便宜，而鐵（Fe）最便宜。正極材料的價格也與這些金屬的價格行情一致。因此，採用LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應是最便宜的。它的另一個特點是對環境無污染。

    作為充電電池的要求是：容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環性能、輸出電壓穩定、能大電流充放電、電化學穩定性能、使用中安全（不會因過充電、過放電及短路等操作不當而引起燃燒或爆炸）、工作溫度範圍寬、無毒或少毒、對環境無污染。採用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰電池在這些性能要求上都不錯，特別在大放電率放電（5～10C放電）、放電電壓平穩上、安全上（不燃燒、不爆炸）、壽命上（循環次數）、對環境無污染上，它是最好的，是目前最好的大電流輸出動力電池。

    結構與工作原理

    LiFePO4電池的內部結構如圖1所示。左邊是橄欖石結構的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連線，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳（石墨）組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連線。電池的上下端之間是電池的電解質，電池由金屬外殼密閉封裝。

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    通過上述介紹，LiFePO4電池可歸納下述特點。

    高效率輸出：標準放電為2～5C、連續高電流放電可達10C，瞬間脈衝放電（10S）可達20C；

    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℃，電池的結構安全、完好；

    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；

    極好的循環壽命，經500次循環，其放電容量仍大於95%；

    過放電到零伏也無損壞；

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    由於磷酸鐵鋰動力電池具有上述特點，並且生產出各種不同容量的電池，很快得到廣泛地套用。它主要套用領域有：

    大型電動車輛：公車、電動汽車、景點遊覽車及混合動力車等；

    輕型電動車：電動腳踏車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅等；

    電動工具：電鑽、電鋸、割草機等；

    遙控汽車、船、飛機等玩具；

    太陽能及風力發電的儲能設備；

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    鋰離子動力電池的性能主要取決於正負極材料，磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現的事，國內開發出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標。1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。

    本項目屬於高新技術項目中功能性能源材料的開發，是國家“863”計畫、“973”計畫和“十一五”高技術產業發展規劃重點支持的領域。

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    最近，有關新型電池取得進展、有望取代傳統鋰電池的報導接連不，讓我們看到了手機、平板擁有更長續航時間的希望，不過可惜大部分都停留在實驗室研究階段，何時乃至能否大規模投入商用都不好說。2012年8月，新能源公司Deboch TEC.GmbH又帶來了一種更接近現實的新能源技術：含鐵的鋰電池。

    Deboch TEC.GmbH公布的磷酸鐵鋰電池技術白皮書顯示，在使用複合納米材料後，單節32650規格(直徑32mm/長度65mm)電芯的能量密度能夠提升到6000mAh，與當前業界32650規格單節5000mAh的規格相比，同等體積提升了足足1000mAh，也就是20%之多，1節就能給iPhone 4S手機反覆充電差不多4次。

    更令人欣喜的是，在單顆低倍率充放電環境下使用，這種電池在循環使用多達3000次後，電量依舊保持在80%左右，而普通鋰電池循環充電500次左右就這德行了。按照每3天充放電一次計算，可以連續使用24年之久，是名符其實的長壽電池。

    這種新型電池技術可以廣泛套用於便攜移動電源、小型UPS、筆記本電池、汽車電瓶等各種設備，而且針對不同使用環境，Deboch TEC.GmbH還按照循環充電次數的差異使用了不同的電芯顏色：面向軍工級的為金色，循環次數為3000次；民用汽車領域中使用藍色，2500次；綠色的、2000次的適用於小型攜帶型移動設備。

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    （1）工作溫度範圍

    電池組在下列環境溫度條件下使用：

    ——充電環境溫度：−10℃～55℃；

    ——放電環境溫度：−20℃～60℃。

    （2）電氣性能

    電池模組內電芯性能一致性。

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  8. www.lithiumbatterytech.com › zh-TW › six-advantages-and-three詳解磷酸鐵鋰電池的六大優缺點

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  10. www.lithiumbatterytech.com › zh-TW › exploring-pros-and-cons了解磷酸鐵鋰 (LFP) 電池的優缺點

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