LiFePo4 배터리의 특성

납산, 니켈-수소 및 니켈-카드뮴 배터리와 같은 기존의 수성 이차 배터리와 비교하여 LiFePO4 리튬 이온 배터리는 수명이 길고 에너지 밀도가 높으며 배터리 안전성이 높다는 장점이 있습니다. LiFePO4 배터리는 다양한 배터리 시스템 중에서 가장 유망한 배터리 시스템이 되었습니다. 따라서 LiFePO4 배터리는 전기 자동차 전원 공급 장치, 대규모 에너지 저장 장치, 통신 기지국, 전기 자전거 및 태양광 패널 시스템에 널리 사용됩니다. 이 기사는 주로 LiFePO4 리튬 이온 배터리의 주기 수명, 고속 충방전 성능, 침술 안전성 및 중량 에너지 밀도를 연구하고 자세히 설명합니다.

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1. LiFePO4 배터리의 사이클 성능

배터리는 전기차의 핵심 부품 중 하나로 전기차 원가의 약 절반을 차지한다. 따라서 배터리 수명은 전기 자동차 사용 비용을 직접 결정합니다. LiFePO4 배터리의 양극 및 음극 물질의 안정적인 화학적 특성으로 인해 방전 과정 중 충전량 및 전압 변화가 매우 적기 때문에 사이클 수명이 매우 깁니다. 그림 1은 20Ah 12v 리튬 이온 배터리가 1C ~ 3.65V의 전류로 충전된 다음 전류가 ​​0.02C로 떨어질 때까지 정전압으로 변환되는 것을 보여줍니다. 방전 전류는 1C, 컷오프 전압 2.0V(충전 및 방전 깊이 100%) 조건에서 사이클 수명입니다.

그림 1은 사이클이 1600회를 초과한 후에도 여전히 배터리의 잔량이 초기 용량의 80% 이상임을 보여줍니다. LiFePo4 전원 공급 장치 배터리의 현재 비용은 납축 배터리보다 약간 높지만 배터리 수명이 길어지면 EV 사용 및 유지 관리 비용이 크게 절감됩니다.

2. 다른 속도로 방전 성능

LiFePO4 배터리는 실제 응용 분야에서 다른 속도로 방전될 수 있으므로 일부 배터리 시스템에서는 방전 전류가 증가함에 따라 방전 용량이 급격히 감소합니다. 따라서 LiFePO4 배터리의 고속 방전 성능을 이해하려면 20Ah LiFePO4 배터리를 각각 0.5C, 1C 및 3C에서 방전하십시오. 결과는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2에서 방전 전류가 0.5C에서 3C로 증가하면 배터리의 방전 용량이 약간 감소하지만 5% 미만에 불과하다는 것을 알 수 있습니다. 이는 리튬 인산철 배터리가 여전히 높은 속도에서 양호함을 나타냅니다. 작동합니다. 동시에 3C 방전율은 고율 방전 조건에서 전기 자동차의 요구를 충족시킬 수 있으므로 전기 자동차는 강력한 상승 및 가속 기능을 갖습니다.

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3. 높은 충전력

배터리의 고속 충전 성능으로 인해 EV는 예기치 않은 상황에서 비상 충전 방법을 사용할 수 있으며 이는 EV 사용에 더 편리합니다. 그림 3은 실제 용량이 20Ah인 배터리를 3C의 전류로 충전하여 3.65V에 도달한 다음 정전압 충전으로 전환한 배터리의 테스트 결과를 보여줍니다.

그림 3에서 충전 초기 단계에서 배터리 용량이 시간에 따라 선형적으로 변화하는 것을 볼 수 있습니다. 배터리 용량은 15분 안에 55%, 25분 안에 90%, 30분 안에 95% 이상에 도달할 수 있습니다. 이것은 LiFePO4 배터리가 더 높은 속도로 충전될 수 있고 배터리가 단시간에 완전히 충전될 수 있음을 보여줍니다.

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4. LiFePO4 배터리의 안전성

LiFePO4 재료는 화학적으로 매우 안정적이며 특히 고온 안정성이 매우 좋습니다. 매우 높은 온도에서도 분해되어 산소를 방출할 수 없으므로 인산철 리튬 배터리의 안전 성능이 매우 우수합니다. 불타고 폭발하기 쉽지 않으며 기타 위험이 있습니다.

우수한 구조 설계로 충격, 바늘 꽂힘, 합선 등의 상황에서도 배터리가 타거나 폭발하지 않도록 안전성을 더욱 높였습니다. 직경 8mm의 못으로 배터리 팩을 재빠르게 뚫고 배터리 팩의 전압과 온도 변화를 기록했다.

그림 4에서 볼 수 있듯이 손톱 삽입 초기에는 내부 단락으로 인해 배터리 전압이 급격히 떨어지고 일정량의 열이 방출되며 온도가 상승합니다.

그러나 피어싱 후 배터리 내부 진공도가 크게 떨어지기 때문에 단락 접촉부가 변형되어 접촉 불량이 발생한다. 이 시점에서 더 이상 열이 방출되지 않으므로 전압이 안정되는 경향이 있으며 배터리 온도는 약간만 상승합니다.

5. LiFePO4 배터리 에너지 밀도

무게 에너지 밀도는 배터리 성능의 중요한 지표입니다. 그림 5는 20Ah 리튬 철 인산염이 완전히 충전되고 0.3C 비율이 2.0V로 방전되었음을 보여줍니다. 방전 곡선을 통합하여 배터리에서 방출되는 에너지를 얻을 수 있습니다.

적분 계산 후 20Ah 리튬 철 인산염 배터리는 70.7Wh의 에너지를 방출했습니다. 배터리의 무게는 580g이므로 인산철 리튬 배터리의 중량 에너지 밀도는 121.90Wh/kg으로 계산할 수 있습니다.

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6. 다른 온도에서 LiFePo4 배터리 방전

전기 자동차 사용의 지역적 차이가 크기 때문에 일부 지역은 겨울에 낮은 온도의 기상 조건을 가지며 낮은 온도는 필연적으로 배터리 성능에 일정한 영향을 미칩니다.

따라서 저온에서 LiFePO4 배터리의 방전 성능을 이해하기 위해 테스트는 -20℃, -10℃, 0℃, 25℃ 및 55℃에서 20시간 동안 저장된 20Ah LiFepP4 배터리가 됩니다. 그런 다음 이 저온 환경에서 0.3°C의 방전율을 곱합니다(상온에서 0.3°C의 방전 용량은 100%). 결과는 그림 6에 나와 있습니다.

그림 6은 LiFePO4 배터리가 -20°C의 실온에서 용량의 약 55%만 방출할 수 있으므로 작동 중 전기 자동차에 악영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다. 그러나 단일 배터리의 방전 용량은 온도가 낮아질수록 더 많이 감소합니다. 전기 자동차는 보통 수백 개의 배터리가 결합되어 있으며 배터리가 작동할 때 약간의 열이 방출되고 배터리의 온도가 상승해야 합니다.

따라서 실제 응용되는 배터리 팩에서 저온 방전 문제는 그다지 심각하지 않습니다. 테스트 중에는 단일 배터리의 노출된 비표면적이 크기 때문에 온도가 주변 온도와 동일하므로 방전 용량에 큰 영향을 미칩니다. 더 높은 온도에서는 LiFePO4 배터리가 덜 영향을 받습니다. 예를 들어, 55°C에서 배터리의 방전 용량은 25°C에 비해 약간 증가합니다.

위의 연구는 인산철 리튬 배터리가 수명이 길고 안전성이 높으며 에너지 밀도가 높다는 것을 보여줍니다. 동시에 리튬 RV 배터리는 전체 생산 공정에서 납, 카드뮴, 수은, 6가 크롬 및 기타 독성 중금속을 사용하지 않기 때문에 배터리 포장재에는 폴리브롬화 비페닐 및 폴리브롬화 디페닐 에테르가 포함되어 있지 않으며 LiFePO4 배터리는 또한 환경 친화적입니다. 따라서 인산철 리튬 배터리는 전기 자동차 및 대규모 화학 에너지 저장에 더 폭넓게 응용될 것입니다.