Литий-железофосфатные аккумуляторы (LiFePO4) - одна из разновидностей перезаряжаемых аккумуляторов, а именно литий-ионных аккумуляторов, которые используют LiFePO4 в качестве катода. В настоящее время не слишком широко распространены. Элементы LiFePO4 имеют более высокую разрядку и не взрываются в экстремальных условиях, но у них более низкие напряжение и плотность тока, чем у нормальных литий-ионных элементов.
История
LiFePO4 был разработан группой исследователей John'a Goodenough'a в Университете Техаса в 1997 году. Из-за его низкой стоимости, нетоксичности, высокого содержания железа, превосходной температурной стабильности, характеристик безопасности, хороших электрохимических свойств и высокой мощности он получил некоторое одобрение. Ключевым барьером к коммерциализации стала низкая удельная электропроводность. В 2002 году Yet-Ming Chiang и его сотрудники в Массачусетском технологическом университете сообщили, что они успешно легировали катод соответствующими катионами, такими как алюминий, ниобий и цирконий, что позволило исследованию продвинуться дальше. Однако позже Linda F. Nazar со своими сотрудниками сообщила, что заявление Yet-Ming Chiang'a об улучшение характеристик за счет легирования было некорректным. Улучшение характеристик, о котором сообщил Yet-Ming Chiang, произошло из-за электропроводящей углеродной сети, сформированной между кристаллами литий-фосфата - углерод был по ошибке добавлен предшествующими органическими продуктами.
Основой большинства литий-ионных аккумуляторов (Li-ion), используемых в компьютерах, устройствах связи и обычной электронике, являются литий и оксид кобальта. Другие литиевые батареи включают в себя литий-марганцевые шпинелиоксид лития и марганца (LiMn2O4), литированный оксид никеля (LiNiO2) и литий-фосфат. Катоды литиевых аккумуляторов изготовлены из вышеуказанных материалов, а аноды в основном из углерода.
Достоинства и недостатки
Будучи основанной на литий-ионной системе, соединение LiFePO4 унаследовало ее преимущества и недостатки. Ключевые отличия - это безопасность и текущий рейтинг. Стоимость заявлена как основное отличие, но не может таковой являться до тех пор, пока эти аккумуляторы не будут приняты общественностью.
У литий-фосфатных аккумуляторов есть некоторые недостатки. Отношение вместимость - размер намного ниже, чем у аккумуляторов, основанных на литированном оксиде кобальта (LiCoO2), а одобрение рынка больших аккумуляторов достаточно низкое, что делает широкую коммерциализацию литий-фосфатных аккумуляторов затруднительной. Производители во всем мире работают над тем, как получить максимальную вместимость при минимальном размере и весе.
Кроме этого, продолжаются международные тяжбы относительно патента на эту технологию, и массовое производство со стабильно высоким качеством сталкивается со множеством трудностей.Эти проблемы отбивают у многих компаний желание производить литий-фосфатные аккумуляторы.
Характеристики
Напряжение батареи = Минимальное напряжение при разрядке = 2,8 В Рабочее напряжение = от 3,0 до 3,3 В Максимальное напряжение при зарядке = 3,6 В
Срок работы при глубоком цикле = ? (Количество циклов зарядки до 66 % от максимально возможного объема)
Срок работы при 80 % цикле зарядке = ? (Количество циклов зарядки до 80 % от максимально возможного объема)
Безопасность
LiFePO4 является более безопасным катодным материалом, чем LiCoO2. Соединение Fe-P-O сильнее, чем Co-O, так что при неправильном обращении (коротком замыкании, перегреве и т.д.) отщепление атомов кислорода происходит гораздо труднее. Эта стабилизация окислительно-восстановительной энергии также помогает быстрому перемещению ионов. Распад происходит только при экстремальном нагреве (обычно более 800 °C), что препятствует теплоотдаче, к которой склонно соединение LiCoO2.
Так как литий перемещается из катода в батарее с LiCoO2, CoO2 подвергается неравномерному расширению, что влияет на герметичность аккумулятора. Как литированное, так и нелитированное состояния LiFePO4 структурно одинаковы, а это означает, что структура LiFePO4 более устойчива, чем структура LiCoO2.
В катоде полностью заряженного аккумулятора LiFePO4 не остается лития, а в катоде заряженного аккумулятора LiCoO2 остается примерно 50%. LiFePO4 остается стабильным во время потери кислорода, которая обычно приводит к экзотермическим реакциям в других аккумуляторах.