Обзор LiFePO4
- История создания LiFePO4
- Как устроены LFP аккумуляторы
- Особенности зарядки
- Виды LiFePO4 аккумуляторов
- LiFePO4 аккумуляторы, обзор характеристик
- Аккумуляторные батареи LiFePO4
- Использование литий-феррофосфатных АКБ
- Особенности хранения и использования
Несмотря на разнообразие элементов питания с разным химическим составом, литий-железо-фосфатные аккумуляторы по характеристикам стойко удерживают первенство. Удельный вес у них на 14% выше, чем у остальных Li-ion аккумуляторов той же емкости, а номинальное напряжение – ниже (3–3,3 В). Зато LFP аккумуляторы имеют большой циклический ресурс (минимум 2000 циклов до момента снижения емкости на 20%), отличаются морозоустойчивостью и максимальной безопасностью в эксплуатации.
Немаловажные характеристики LiFePO4 аккумуляторов 32650 и остальных типоразмеров – это:
- широкий температурный диапазон – от-30 до +50 °С;
- стабильность напряжения в процессе разряда;
- низкий саморазряд;
- отсутствие риска взрыва или возгорания при механическом повреждении;
- безопасность и стабильность химической структуры;
- устойчивость к высоким нагрузкам при заряде и разряде;
- возможность ускоренной зарядки большим током – в зависимости от типоразмера аккумуляторы LiFePO4 способны восполнять заряд за 15–30 минут;
- меньшая подверженность эффекту старения, безвозвратного снижения емкости с течением времени – всего 1,5% в год против 10% у остальных Li-ion элементов;
- облегченная утилизация – благодаря химической безопасности фосфатов.
История создания LiFePO4
Литий-феррофосфатный аккумулятор изобрел Джон Гуденаф – профессор из Техаса, занятый в 1996 году поисками инновационного катодного материала для Li-ion элементов. Он создал катодный материал, отличающийся от аналогов сниженной токсичностью и увеличенной термостойкостью. «Минусом» нового типа аккумуляторов была меньшая удельная емкость.
Открытие профессора изначально не привлекло к себе внимания, но в 2003 году технологией и ее дальнейшим развитием заинтересовался производитель A 123 Systems. Инвесторами нового проекта стали Qualcomm, Sequoia Capital, Motorola и другие корпорации.
Как устроены LFP аккумуляторы
Элементы LiFePO4 устроены по аналогии с остальными литиевыми элементами, но в отличие от них имеют литий-феррофосфатный катод. Анод используется стандартный, графитовый. Внутри протекают обратимые химические процессы – окислительно-восстановительные реакции. Основными элементами аккумулятора являются феррофосфатный катод, графитовый анод и пропитанный электролитом сепаратор.
В процессе разряда элемента питания ионы лития проходят через пористый сепаратор от катода к аноду и при этом отдают накопленный заряд – происходит окисление. В процессе заряда аккума ионы лития проходят через сепаратор от анода к катоду и аккумулируют заряд – происходит восстановление.
Особенности зарядки
Феррофосфатные элементы питания благодаря своей стабильности позволяют использовать быструю зарядку большими токами. Для них производятся специальные зарядные устройства, несовместимые с остальными аккумуляторами из-за риска их перегрева и выхода из строя. Но заряжать LFP аккумуляторы можно и зарядными устройствами для Li-ion, и универсальными зарядниками. Отлично подходят для зарядки таких элементов и «интеллектуальные» ЗУ с многочисленными опциями, способные регулировать процесс подзарядки.
Виды LiFePO4 аккумуляторов
С таким типом химии производятся разные элементы питания:
- аккумуляторы в форме параллелепипедов – «призматики»;
- плоские элементы питания – «пакеты»;
- ячейки цилиндрической формы.
В отличие от привычной маркировки батареек символами АА и ААА, литиевые элементы питания имеют собственную систему форм-факторов. Типоразмеры цилиндрических аккумуляторов имеют 2-значное обозначение, в котором первые 2 цифры указывают на диаметр элемента (в мм), 2 последующие – на его высоту. В некоторых обозначениях в конце стоит цифра 5. Она соответствует половине миллиметра при обозначении высоты аккумулятора.
Среди размеров аккумуляторов LiFePO4 цилиндрической формы распространены форм-факторы: 14430, 14505, 17335, 18500, 18650, 22650, 26650, 32600, 32650, 32700, 32900, 38120, 40160, 42120, 46160. У призматических элементов маркировка состоит из их линейных размеров. Например, аккумулятор призматической формы с размерами 27х148х205 мм имеет форм-фактор 27148205.
LiFePO4 аккумуляторы, обзор характеристик
Емкость элементов питания и собранных из них батарей зависит от размеров. Например, емкостные характеристики LiFePO4 32700 и 14430 будут разными. Но остальные рабочих параметры у всех литий-феррофосфатных аккумуляторов идентичны:
- номинальное напряжение составляет 3,2 В;
- пиковое напряжение составляет 3,65 В;
- напряжение в разряженном состоянии (критический минимум) – 2 В;
- минимальное рабочее напряжение (под нагрузкой) – 2,8 В;
- рабочий ресурс – более 2000 циклов перезарядки;
- саморазряд при t=15–18 °C – до 5% в год.
Аккумуляторные батареи LiFePO4
Для получения высокой емкости и напряжения, например, для использования в электроскутерах, мопедах и велосипедах, из литий-железо-фосфатных аккумуляторов создают аккумуляторные батареи. Их собирают путем последовательного и параллельного соединения ячеек в зависимости от требуемых рабочих параметров АКБ. При параллельном соединении суммируется емкость, а напряжение остается неизменным. При последовательном соединении емкость – константа, а напряжение элементов суммируется.
Ячейки соединяются друг с другом по выбранной схеме и соединяются при помощи точечной сварки. Для сборки в единую батарею используются элементы с идентичными характеристиками – равной емкости, от одного производителя и по возможности из одной партии. Толщина перемычек для LiFePO4 аккумуляторов обычно составляем 1 мм, ширина – 10 мм. Для стабильной и безопасной работы батареи используется BMS плата с функциями балансировки и защиты от высокого напряжения и тока.
Использование литий-феррофосфатных АКБ
Элементы питания этой категории отлично подходят для комплектации персонального электротранспорта – велосипедов, трициклов, квадроциклов, скутеров, мопедов, мотоциклов, электромобилей, гольфкаров. Особенно они актуальны для транспорта, используемого круглый год или в жестких условиях. Широко используются батареи из литий-железо-фосфатных аккумуляторов для лодочных электромоторов, поломоечных машин, электрических погрузчиков, пылесосов, инвалидных колясок и другой техники.
Литий-феррофосфатные аккумуляторы входят в состав аккумуляторных электростанций, систем аварийного электроснабжения, автономных источников питания, буферных систем для ветрогенераторов и солнечных панелей. Цилиндрические элементы используются для питания медицинского оборудования и других приборов. Крупные батареи поддерживают работоспособность автономных устройств в больницах, банках, метеостанциях и других объектах.
Особенности хранения и использования
Перед длительным хранением литий-железо-фосфатные аккумуляторы рекомендуется зарядить до 40–60%. Этот уровень заряда – оптимальный для их хранения. Держать элементы питания нужно в сухом прохладном месте, исключающем риск их перегрева.
При эксплуатации LFP аккумуляторов необходимо следовать рекомендациям производителя – соблюдать температурный режим, избегать перезаряда и глубокого разряда, не допускать механических повреждений, не использовать аккумуляторами со вздутиями или другими признаками неисправности.
Заряжать АКБ и элементы питания рекомендуется после каждого использования, не дожидаясь значительного снижения уровня заряда. У литиевых аккумуляторов нет эффекта памяти, поэтому разряжать их «в ноль» перед зарядкой не нужно. Аккумуляторы недопустимо долго хранить в разряженном состоянии, иначе они деградируют и приходят в негодность.
Перейти в каталог с товарами можно по ссылке: LifePO4 аккумуляторы российского производства.
Читайте в предыдущей статье нашего блога о литий-ионных аккумуляторах напряжением 3,7 В.
