磷酸铁锂电池有哪些优势？它代替汽车蓄电池吗？

目前蓄电池厂家并没有推出磷酸铁锂蓄电池,而按照铁锂电池的特性,理论上是可以用来替代铅酸电池的。汽车蓄电池的特点就是可以大电流放电 ,启动时电流可以达到数百安。启动后可以大电流充电、无记忆效应、而且对充电要求不高、只要电压不高于14.5v都可以。不需要恒流充电、电流大小都可以充电、危险性低、性能比较稳定。缺点是能量密度低,自放电率大,较笨重,寿命短。

 

 

 

磷酸铁锂电池曾经在电动汽车上广泛应用,但是后来因为能量密度低等原因逐渐被三元锂电池取代,比亚迪引以为傲的铁电池就是磷酸铁锂电池电池。目前也逐步被三元锂电池取代。磷酸铁锂电池单体电压3.2V,充电截止电压3.6v。如果用在汽车上需要四串N并,电压则在12.8-14.4v之间,这个电压用于汽车启动是没有问题的。

 

 

 

铁锂电池支持大电流放电,标准放电电流3-5C,高电流持续放电支持10c,瞬间放电电流可以达到20C以上。这也是为什么一个小小的充电宝就能启动汽车的原理。例如容量为12V8ah的铁锂电池,以20C电流瞬间放电时电流可以轻松达到160安以上!而容量20ah的铁锂电池,瞬间启动电流可以达到400安以上,启动汽车毫无压力。

 

 

 

虽然品牌电瓶制造企业并没有推出车用铁锂电池,但是民间已经有人在组装铁锂电池在销售。可以直接替换AMG电瓶,并且容量密度高于铅酸电池,所以重量要轻很多。启动电流也比同容量的铅酸电瓶大很多,电压也高于铅酸电池。所以车辆启动时会比铅酸电池更加顺畅。但是4串的铁锂电池需要加装保护板,所以电池稳定性肯定不如铅酸电池。而且有一定的自燃危险,目前远期效果还没有得到验证。这也是蓄电池厂商没有推出铁锂电池的原因吧!作为动力电池，使用寿命往往要达到10-15年，期间要进行1000次以上的充放电，因此对于动力电池的衰降机理研究就显得尤为重要，来自德国慕尼黑工业大学的Neelima Paul和他所在的团队就利用中子衍射的方法对磷酸铁锂电池衰降机理进行了研究。研究显示造成磷酸铁锂电池容量衰降的主要因素是活性Li的损失，在衰降电池中没有发现正负极材料的结构衰降和活性物质失活。

实验中Neelima Paul采用了18650型电池，正极采用磷酸铁锂LFP，负极分别采用了中间相碳微球MCMB和针状焦NC，两种负极材料形貌入上图所示（a,b为MCMB，c,d为NC），负极冗余度为1.25，每种负极的电池准备了2只，其中一只在1C倍率下循环4750次，另一只在20%SoC状态下存储2年。

两种不同负极的磷酸铁锂电池的循环性能和储存性能如上图所示，从数据上我们可以看到，采用MCMB负极的电池衰降是呈现线性的，1C循环4750次容量损失8.2%。而采用NC负极的电池则呈现出了一个完全不同的衰降趋势，在前一千次容量衰降非常快，随后逐渐变慢，最后达到于MCMB负极电池相同的衰降速率，最终1C循环4750次，容量损失为23.1%。在20%SoC，23℃状态下存储2年的时间，采用MCMB负极的磷酸铁锂电池容量增加了1.5%，而采用NC负极的磷酸铁锂电池容量下降了10.8%。

为了在不破坏电池的前提下获取正极材料和负极材料详细的结构信息，Neelima Paul利用中子衍射的方法对循环和储存的磷酸铁锂电池进行了分析，中子衍射的结构如上图所示。放电后的磷酸铁锂电池的中子衍射图谱如下图所示。放电后的磷酸铁锂电池，正极磷酸铁锂处于嵌锂状态，而负极出于脱锂状态，但是实际上我们在衍射图谱上看到了正极中还存在着FePO4的衍射峰，这表明正极中存在着数量可观的FePO4。经过相关的计算显示，采用MCMB负极的储存电池LFP：FP比例为75:25，而循环电池的LFP：FP比例为67:33，采用NC负极的储存电池这一比例为58:42，循环电池的这一比例为55:45。我们在中子衍射图谱中没有观察到嵌锂状态的石墨LiC6的衍射峰，这表明在电池中不存在嵌锂，但是与导电网络失去连接的嵌锂状态石墨LiC6。

电池在充电状态下，正极的磷酸铁锂材料完全脱锂，负极发生嵌锂，此时磷酸铁锂电池的中子衍射图谱如下图所示。从图上我们可以注意到负极主要由LiC6和LiC12的衍射峰组成，经过计算可以得到，采用MCMB负极的储存电池的LiC6:LiC12为23:77，对于循环电池这一比例为12:88，但是采用NC负极的磷酸铁锂电池，无论是经过循环还是经过存储后，LiC6的衍射峰都十分的微弱，几乎不可见，说明LiC6所占的比例非常小。考虑到电池负极的冗余度1.25，只有电池容量在理论容量（按LFP比容量为160mAh/g计算）的62.5%以上时才会出现LiC6化合物，由于采用NC负极的电池容量较低，仅为理论容量的51.1%（存储）和52.8%（循环），因此负极并不会形成LiC6化合物。在所有电池的中子衍射图谱中都没有出现LFP的衍射峰，这表明所有的LFP采用在充电过程中都会参与反应，脱掉Li元素。