Сравнение качеств литий-ионных и литий-железо-фосфатных призматических аккумуляторов

Содержание статьи

Особенности конструкции
Схожие характеристики
Важные различия

Литий-ионный против литий-фосфатный Среди всех видов существующих сегодня аккумуляторов наилучшие характеристики имеют модели Li-ion и LiFePO4. Фактически литий-железо-фосфатные элементы питания – это подвид литий-ионных аккумуляторов, который выделен в отдельную категорию из-за отличающихся технических характеристик. Рассмотрим подробнее, что общего у литиевых ячеек этих типов и чем они различаются.

Особенности конструкции

В структуре любого Li-ion аккумулятора есть слой анода (обычно графита) на медной фольге и слой катода (бывает из разных материалов) на алюминиевой фольге. Между ними находится пористый сепаратор с пропиткой из этилен-карбонатного электролита. В качестве катода у литий-ионных элементов с большими токами разряда и заряда используется соединение LiMn2O4, у банок с максимальным запасом емкости – LiCoO2 или LiNiCoAlO2, у ячеек с уравновешенным сочетанием емкости и допустимых токов – LiNiMnCoO2.

Литий-ионная конструкция От материала катода напрямую зависят технические характеристики элементов. Когда в роли катодного материала применяется соединение LiFePO4, получаются морозостойкие аккумуляторы с очень устойчивой химической структурой, высокими значениями допустимых токов заряда-разряда и увеличенным циклическим ресурсом. Но напряжение у них ниже, чем у большинства Li-ion элементов: номинальное значение 3,2–3,3 В на элемент вместо 3,6–3,7 В, рабочий диапазон – 2,5–3,65 В вместо диапазона 3–4,2 В.

Что касается формы и размеров аккумуляторов обоих типов, они бывают разными. От размеров зависит емкость, а форма бывает в виде цилиндра или призмы – в зависимости от принципа сворачивания фольги. Снаружи и цилиндрические банки Li-ion, и призматические аккумуляторы LiFePO4 герметично покрывают защитной оболочкой из стали или алюминиевого сплава.

Схожие характеристики

Схожими качествами Li-ion и LFP аккумуляторов являются:

большой запас емкости при легком весе и компактных размерах, но при одном и том же емкостном запасе аккумуляторы LiFePO4 немного тяжелее и крупнее (примерно на 15%);
отсутствие эффекта памяти;
возможность быстрого и частичного заряда;
минимальный саморазряд;
возможность сборки аккумуляторных батарей с любыми значениями напряжения и емкости (приблизительно) – путем последовательно-параллельного соединения ячеек.

Важные различия

В таблице приведены основные характеристики, которые у элементов питания Li-ion и LFP неодинаковы:

Критерий сравнения	Li-ion	LiFePO4
Номинальный вольтаж	3,6 или 3,7 В	3,2 или 3,3 В на ячейку
Диапазон напряжений при работе	≈3–4,2 В	≈2,5–3,65 В
Удельная емкость	Зависит от материала катода, так, у содержащих марганец моделей класса IMR – 100–150 Вт·ч/кг, у более емких подвидов – до 200 Вт·ч/кг.	90–120 Вт·ч/кг
Безопасные токи заряда	Зависит от материала катода, самые большие у высокотоковых ячеек – до 3С.	До 5С.
Допустимые токи разряда	У высокотоковых аккумуляторов – до 10С, кратковременно – до 50С.	До 25С в постоянном режиме.
Устойчивость к сильным разрядам	Допускается разряд до 20%, а при разряде в ноль ускоряется процесс естественного старения и химической деградации.	Высокая, допустимы глубокие разряды. Благодаря стабильной химической структуре, разряды в ноль практически не влияют на состояние АКБ.
Полезная (используемая) емкость	80%	99,9%
Потеря восстанавливаемой емкости при долгом хранении	Более ощутимая	Менее заметная
Диапазон рабочих температур	От -20 до +60 °С, но на морозе ниже -10 °С рабочие характеристики временно ухудшаются: проседает напряжение, падает емкость и токоотдача.	От -30 до +55 °С.
Ресурс	500–1000 циклов	Более 2000 циклов с сохранением 80% начальной емкости.
Оптимальное использование	Питание электромоторов мощностью до 750 Вт. Использование в теплое время года или зимой с подогревом.	Круглогодичное применение, автономное электропитание мощной техники, питание лодочных электромоторов, использование в жестких условиях.
Уровень безопасности	Средний – возможно возгорание при перезаряде или разгерметизации.	Высокий. Не склонны к возгораниям и взрывам ни при каких условиях, даже при грубом повреждении или перезаряде.