ประโยชน์ของแบตเตอรี่ LiFePO4 มีอะไรบ้าง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตคืออะไร แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตหมายถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นวัสดุขั้วบวก วัสดุขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่ประกอบด้วยลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์, ลิเธียมแมงกาเนต, ลิเธียมนิกเกิลออกไซด์, วัสดุแบบไตรภาค, ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ฯลฯ

ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) เป็นวัสดุขั้วบวกที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่ในปัจจุบัน ประโยชน์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตมีอะไรบ้าง บทความนี้จะแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับข้อดีด้านประสิทธิภาพและคุณลักษณะของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต และวิเคราะห์ประโยชน์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า

ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต

การปรับปรุงประสิทธิภาพด้านความปลอดภัย

พันธะ P-O ในผลึกลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีความเสถียรและสลายตัวได้ยาก แม้ที่อุณหภูมิสูงหรืออัดประจุมากเกินไปก็จะไม่ยุบตัวและสร้างความร้อนหรือก่อให้เกิดสารออกซิไดซ์ที่แรง เช่น ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ จึงมีความปลอดภัยที่ดี

รายงานบางฉบับชี้ให้เห็นว่าในการทำงานจริง พบว่าตัวอย่างจำนวนเล็กน้อยถูกเผาไหม้ระหว่างการฝังเข็มหรือการทดลองการลัดวงจร แต่ไม่มีการระเบิดเกิดขึ้น ในการทดลองการชาร์จไฟเกิน การชาร์จด้วยไฟฟ้าแรงสูงที่สูงกว่าแรงดันคายประจุหลายเท่าคือ ใช้แล้วพบว่ายังมีปรากฏการณ์การระเบิดเกิดขึ้น ถึงกระนั้นก็ตาม ความปลอดภัยในการชาร์จไฟเกินได้รับการปรับปรุงอย่างมากเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์อิเล็กโทรไลต์เหลวธรรมดา

การปรับปรุงในอายุการใช้งาน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นวัสดุขั้วบวก วงจรชีวิตของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่มีอายุการใช้งานยาวนานคือประมาณ 300 เท่า และสูงสุดคือ 500 รอบ ในขณะที่อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตมีมากกว่า 2,000 รอบ และสามารถเข้าถึงได้ 2,000 รอบด้วยการชาร์จแบบมาตรฐาน (อัตรา 5 ชั่วโมง) )

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดคุณภาพเดียวกันสามารถใช้งานได้สูงสุด 1 ถึง 1.5 ปีเท่านั้น ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตมีอายุการใช้งานตามทฤษฎี 7 ถึง 8 ปีเมื่อใช้ภายใต้สภาวะเดียวกัน

เมื่อพิจารณาอย่างครอบคลุม อัตราส่วนประสิทธิภาพต่อราคาตามทฤษฎีแล้วมากกว่า 4 เท่าของแบตเตอรี่กรดตะกั่ว การคายประจุกระแสไฟสูงสามารถชาร์จและคายประจุได้อย่างรวดเร็วที่กระแสสูงถึง 2C ภายใต้เครื่องชาร์จพิเศษแบตเตอรี่สามารถชาร์จเต็มได้ภายใน 40 นาทีที่ 1.5C และกระแสเริ่มต้นสามารถเข้าถึง 2C แบตเตอรี่กรดตะกั่วไม่มีประสิทธิภาพอย่างนี้

ลักษณะของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต

ความจุสูง

มีความจุแบตเตอรี่มากกว่าแบตเตอรี่ธรรมดา (แบตเตอรี่ตะกั่วกรด ฯลฯ) 5AH-1000AH (เซลล์เดี่ยว)

ไม่มีผลกระทบต่อหน่วยความจำ

เมื่อแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ทำงานอย่างต่อเนื่องภายใต้สภาวะการชาร์จจนเต็มและไม่ได้คายประจุจนหมด ความจุจะลดลงต่ำกว่าค่าความจุที่กำหนดอย่างรวดเร็ว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์หน่วยความจำ แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์และนิกเกิลแคดเมียมมีหน่วยความจำ แต่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตไม่มีปรากฏการณ์นี้ไม่ว่าแบตเตอรี่จะอยู่ในสถานะใดก็ตามก็สามารถชาร์จและใช้งานได้ทุกเมื่อและไม่จำเป็นต้องคายประจุออกก่อนและ แล้วชาร์จมัน

น้ำหนักเบา

ปริมาตรของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตที่มีคุณสมบัติและความจุเท่ากันคือ 2/3 ของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด และน้ำหนักคือ 1/3 ของแบตเตอรี่กรดตะกั่ว

ประสิทธิภาพอุณหภูมิสูงดี

ความร้อนไฟฟ้าสูงสุดของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถเข้าถึง 350 ℃ -500 ℃ ในขณะที่ค่าสูงสุดของลิเธียมแมงกาเนตและลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์อยู่ที่ประมาณ 200 ℃ มีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้าง (-20C–+75C) และมีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตที่ให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าสูงสุดสามารถสูงถึง 350°C-500°C ในขณะที่ลิเธียมแมงกาเนตและลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์อยู่ที่ประมาณ 200°C เท่านั้น

เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

โดยทั่วไปถือว่าแบตเตอรี่ปราศจากโลหะหนักและโลหะหายากใดๆ (แบตเตอรี่ MiNH ต้องใช้โลหะหายาก) ปลอดสารพิษ (ได้รับการรับรอง SGS) ไม่เป็นมลภาวะ เป็นไปตามกฎระเบียบ RoHS ของยุโรป และใบรับรองแบตเตอรี่สีเขียวแบบสัมบูรณ์ . ดังนั้นเหตุผลที่อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมได้รับความนิยมจึงมีสาเหตุหลักมาจากการพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อม ด้วยการภาคยานุวัติของจีนกับ WTO ปริมาณการส่งออกรถจักรยานไฟฟ้าของจีนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และจักรยานไฟฟ้าที่เข้าสู่ยุโรปและสหรัฐอเมริกาจะต้องติดตั้งแบตเตอรี่ที่ปราศจากมลภาวะ

อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่ามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากแบตเตอรี่ตะกั่วกรดส่วนใหญ่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตและการรีไซเคิลที่ไม่ได้มาตรฐานของบริษัท ในทำนองเดียวกัน แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นสิ่งที่ดีสำหรับอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ แต่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงปัญหามลพิษจากโลหะหนักได้

ตะกั่ว สารหนู แคดเมียม ปรอท โครเมียม ฯลฯ อาจถูกปล่อยออกเป็นฝุ่นและน้ำในระหว่างกระบวนการผลิตวัสดุโลหะ ตัวแบตเตอรี่เองนั้นเป็นสารเคมีดังนั้นจึงอาจก่อให้เกิดมลพิษได้ 2 ประเภท ประเภทแรกคือมลพิษจากของเสียจากกระบวนการผลิตในโครงการการผลิต และอีกประเภทหนึ่งคือมลพิษจากแบตเตอรี่หลังจากถูกทิ้งแล้ว

ในปัจจุบัน วัสดุขั้วบวกที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังส่วนใหญ่ ได้แก่ ลิเธียมแมงกาเนตที่ผ่านการดัดแปลง (LiMn2O4) ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) และลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์แมงกาเนต (Li (Ni, Co, Mn) O2) วัสดุแบบ tenary

เนื่องจากขาดทรัพยากรโคบอลต์ วัสดุลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์แมงกาเนต ทำให้ต้นทุนที่สูงและความผันผวนของราคานิกเกิลและโคบอลต์อย่างมาก เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าเป็นเรื่องยากที่จะกลายเป็นกระแสหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า แต่สามารถผสมกับแมงกานีสลิเธียมสปิเนลได้ภายในช่วงที่กำหนด

ประโยชน์ของแบตเตอรี่ LiFePO4 เมื่อใช้สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

เทคโนโลยีรถยนต์ไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา แต่แบตเตอรี่ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญมาโดยตลอด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตกลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมมากขึ้นสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าช่วงมาตรฐาน โดยผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ เช่น Tesla และ Ford ได้แนะนำรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วย LFP ไว้ในแค็ตตาล็อกของพวกเขา ประโยชน์ของแบตเตอรี่ LiFePO4 เมื่อใช้สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าเป็นอย่างไร

ส่วนประกอบของแบตเตอรี่ LFP

ยานพาหนะไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้ชุดแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยเซลล์แบตเตอรี่หลายเซลล์ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทอื่นๆ แบตเตอรี่ LFP ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง:

• แคโทด 43%
• แอโนด 31%
• อิเล็กโทรไลต์ 20%
• คอนเทนเนอร์เซลล์ 4%
• ตัวคั่น 2%

แคโทดเป็นขั้วบวกของแบตเตอรี่และส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ โดยจะกำหนดปัจจัยต่างๆ เช่น ความจุพลังงาน ความเร็วการชาร์จแบตเตอรี่และคายประจุ และความเสี่ยงต่อการเผาไหม้

ในแบตเตอรี่ LFP องค์ประกอบของแคโทดประกอบด้วยองค์ประกอบ 3 ส่วน:

• ฟอสเฟต 61%
• เหล็ก 35%
• ลิเธียม 4%

ประโยชน์ของแบตเตอรี่ LiFePO4

ประโยชน์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตมีดังนี้:
ความปลอดภัย

แบตเตอรี่ LFP เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทหนึ่งที่ปลอดภัยที่สุด โดยมีความเสี่ยงต่ำที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปและไฟไหม้ แบตเตอรี่เหล่านี้มีโอกาสน้อยที่จะเกิดการหนีความร้อน และไม่ปล่อยออกซิเจนหากติดไฟ ทำให้ปลอดภัยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอื่นๆ

วงจรชีวิตที่ยาวนาน

แบตเตอรี่ LFP มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทอื่นๆ เนื่องจากมีอัตราการย่อยสลายต่ำ ซึ่งหมายความว่าสามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ทำให้แบตเตอรี่เสียหายร้ายแรงและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า แบตเตอรี่ LFP ยังสามารถทนทานต่อรอบการชาร์จและการคายประจุที่มากขึ้น ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่จะมีอายุการใช้งานนานกว่าก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่

คุ้มค่า

วัสดุที่ใช้ในการผลิตแบตเตอรี่ LFP ยังมีราคาค่อนข้างถูกเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทอื่น วัสดุขั้วบวกหลักที่ใช้ในแบตเตอรี่ LFP คือเหล็กและฟอสเฟต ซึ่งมีอยู่ค่อนข้างมากเมื่อเทียบกับโลหะแบตเตอรี่อื่นๆ ทำให้เป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าสำหรับการใช้งานการจัดเก็บพลังงานที่หลากหลาย

เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน

แบตเตอรี่ LFP มีความยั่งยืนต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากไม่เป็นพิษและไม่มีโลหะหนักที่เป็นอันตราย เช่น โคบอลต์หรือนิกเกิล วัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่เหล่านี้หาได้ง่ายมากขึ้น ทำให้มีความยั่งยืนมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทอื่นๆ

ประโยชน์ของแบตเตอรี่ประเภทนี้มีการแนะนำโดยละเอียดแล้วข้างต้น จะเห็นได้ว่า ประโยชน์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตสะท้อนให้เห็นในด้านต่างๆ สามารถใช้เป็นแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งและมีบทบาทสำคัญในการสมรรถนะของยานพาหนะไฟฟ้า ปัจจุบัน แบตเตอรี่ LFP ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นในรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นมาตรฐาน จากข้อมูลของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) ส่วนแบ่งการตลาดของ LFP เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยแตะส่วนแบ่งสูงสุดในทศวรรษที่ผ่านมาที่ 30% ในปี 2565