磷酸铁锂VS. 锂离子:差异和优势

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当使用电源来运行嵌入式组件时,插入一组新电池并不总是那么简单。较新的技术,从智能手机到电动汽车,再到便携式电动工具,都需要能容纳大量能量的电池,其重量足够轻,便于携带或移动,并对用户安全。锂电池为便携式电子产品、车辆、医疗设备、甚至电网能源储存提供了所有这些好处。

锂离子和磷酸铁锂是当今便携式电子产品中使用的两种类型的电池。虽然它们都有一些相似之处,但在高能量密度、长生命周期和安全性方面存在重大差异。大多数人都熟悉锂离子电池,因为他们很可能拥有一部智能手机、平板电脑或个人电脑。磷酸铁锂是一种较新的电池类型,由于其具有成本效益的材料和高温稳定性,在制造业中获得认可。

磷酸铁锂和锂离子的化学成分

蓄电池的充电和放电率受C率的制约。电池的容量通常以1C为额定值,这意味着一个额定值为1Ah的完全充电的电池应该在一小时内提供1A。同样的电池在0.5C下放电,应该提供500mA的电流,持续两小时,而在2C下,提供2A的电流,持续30分钟。

锂离子

锂离子电池的阴极可以由两种不同的化学成分组成,即氧化锰锂或二氧化钴锂,因为两者都有一个石墨阳极。它的比能量为每公斤150/200瓦时,额定电压为3.6伏。它的充电率从0.7C到1.0C,因为更高的充电量会大大损坏电池。锂离子的放电率为1C。

磷酸铁锂(LiFePO4)

磷酸铁锂有一个磷酸铁的阴极和一个石墨的阳极。它的比能量为每公斤90/120瓦时,额定电压为3.20V或3.30V。磷酸铁锂的充电率为1C,放电率为1-25C。

什么是能量水平的差异?

在比较锂离子和磷酸铁锂时,能量有明显的差异。锂离子具有更高的能量密度,为150/200 Wh/kg,而磷酸铁锂为90/120 Wh/kg。因此,锂离子通常是耗电量大的电子产品的首选来源,这些电子产品会以较高的速度消耗电池。

另一方面,磷酸铁锂的放电率超过了锂离子。在25℃时,磷酸铁锂电池的电压放电在较高温度下是非常好的。放电率不会因为容量的减少而使磷酸铁锂电池明显退化

生命周期的差异

磷酸铁锂的生命周期为1,000-10,000次。这些电池可以处理高温,而退化程度很小。对于有嵌入式系统或需要长时间运行才需要充电的应用来说,它们有很长的寿命。

对于锂离子,更高的能量密度使其更不稳定,特别是在处理更高的工作温度环境时。它的生命周期为500-1000次,因为它可以根据电子产品或工作部件的工作温度而受到负面影响

长期储存的好处
当涉及到储存未使用的电池时,重要的是要选择一种在长时间内不会失去电荷的化学成分。相反,电池的充电性能应该与使用一年以上的时候接近。磷酸铁锂和锂离子都有良好的长期存储优势。磷酸铁锂可以储存更长时间,因为它有350天的保质期。对于锂离子,保质期大致在300天左右。

磷酸铁锂的安全优势

各行各业的制造商都将磷酸铁锂用于对安全有要求的应用中。磷酸铁锂具有出色的热稳定性和化学稳定性。这种电池在较高的温度下能保持低温。在快速充放电过程中或出现短路问题时,如果处理不当,它也是不可燃的。磷酸铁锂通常不会出现热失控,因为在过度充电或过热时,磷酸铁锂阴极不会燃烧或爆炸,因为电池保持冷却。

然而,锂离子的化学成分并不具有磷酸铁锂那样的安全优势。其高能量密度的缺点是导致电池不稳定。它在充电过程中升温更快,因为锂离子电池会出现热失控。

磷酸铁锂的另一个安全优势涉及到使用或失效后的电池处理。用二氧化钴锂化学材料制成的锂离子电池被认为是一种危险材料,因为它在接触时可能会对眼睛和皮肤产生过敏反应。吞咽时也会引起严重的医疗问题。因此,必须对锂离子进行特殊的处置考虑。另一方面,磷酸铁锂是无毒的,制造商可以更容易地进行处置。

磷酸铁锂和锂离子的应用

磷酸铁锂在任何需要安全和长寿但不需要极高能量密度的电子产品或机器中都受到追捧。车辆的电动马达、医疗设备和军事应用,这些技术将经历更高的环境温度。磷酸铁锂也是比较固定的应用的理想选择,因为这种电池比锂离子电池略重,也比较笨重,尽管它可以用于一些便携式技术。

磷酸铁锂由于其额外的重量,可能不会被选择用于便携性是一个主要因素的应用中。对于智能手机、笔记本电脑和平板电脑设备,使用的是锂离子电池。任何需要在第一天就获得最佳性能的高能量设备都可以从锂离子电池上的化学成分中受益。

除了根据便携性、安全性和能量密度寻找合适的能源,制造商还必须考虑电子产品生产过程中以及处置过程中的成本。许多制造商会选择磷酸铁锂作为更便宜的电池替代品。由于磷酸铁化学成分更安全,电池的成本更低,因为制造商不需要花更多钱来回收材料。

锂提供了一系列的好处

电池技术的进步使锂化学成为便携式高能量使用设备的最佳动力源。它的长保质期和在长时间内提供持续电源的好处是锂离子和磷酸铁锂都是可靠的替代品的原因。

目前,与镍金属氢化物和镍镉电池相比,锂电池的价格仍然偏高。然而,锂电池的长寿命可以抵销最初的高成本。对于试图决定锂离子电池或磷酸铁锂是理想应用的制造商来说,请考虑这些关键因素:

最高的能量密度:锂离子
良好的能量密度和寿命周期:磷酸铁锂
稳定的化学和热化学特性:磷酸铁锂
没有热失控,充满电后很安全:磷酸铁锂
便携性和轻巧的特点:锂离子
寿命长:磷酸铁锂和锂离子
成本低:磷酸铁锂
另外,要认真考虑操作环境以及可能遇到的任何振动问题。这些情况可能会影响制造商的选择,因为磷酸铁锂提供的化学稳定性优于锂离子。

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