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July 19,2007

鋰鐵電池為什麼這麼火紅?

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鋰離子電池，又稱鋰離子二次電池，指以含鋰化合物(通常為鋰鈷、鋰錳、鋰鎳、鋰鐵)作為電池正極活性材料，以碳質材料為主要電池負極活性材料的一類電池。

1947 年法國工程師Hajek提出鋰電池（Lithium battery）構想，其電池結構首先利用應用金屬鋰或鋰合金為負極，並使LiCoO2 作為正極材料，在充放電過程中易產生樹枝狀結晶物，當枝晶累積一定程度後，有時會刺穿隔離膜，而使得其與正極相接觸，進而造成電池內部短路，而短路造成大量反應熱，這些往往會使電池的溫度高於鋰金屬的熔點（108 ℃），而產生劇烈反應，導致電池失效，甚至引起爆炸。

在1980 年，Armand提出“搖椅式電池”的概念，採用嵌入式非金屬化合物負極材料（如石墨類材料）來取代鋰金屬，可以極大提高電池的安全性能，而電池的工作電壓只是稍有下降。由於只靠著鋰離子反覆的來回嵌入於正負極之間，為了與初期採用鋰金屬的「鋰電池」做出區別，因此特別取名為「鋰離子電池」（Lithium ion battery）。1990年，日本Sony Energytech Inc推出了以碳材為負極、LiCoO2為正極的「鋰離子二次電池」。


20年來, 鋰電池發展集中在3C產品為主, 無法有效取代鉛酸電池, 延伸應用到儲能與動力電池市場,包括電動車,、電動手工具與中大型UPS等. 主要原因就是鋰離子電池的正級材料LiCoO2鋰鈷氧, 無法提供大電流、高電壓、耐穿刺、高溫等特殊環境與安全需求!當然, 人們努力尋找各種材料, 其中鋰錳鈷與鋰錳都曾經被看好過, 但因為都還有安全性等問題, 無法真正滿足大功率電池市場需求.

直到1996年州大學Goodenough教授團隊發現了磷酸鋰鐵 LiFePO4 的正級材料，此類物質為一種橄欖石結構，因此在材料穩定性方面遠遠優於一般3C產品使用的鋰電池鋰鈷正極層狀材料，使得採用LiFePO4正極材料的鋰電池，遇到穿刺、過充電或大電流通過時，不至於有爆炸的危險;安全性能有了很大提高，另外,材料來源充分,成本低,且完全無毒,放電功率高,Cycle life長,且無記憶效益, 成為汽車等動力市場看好的殺手級電池.

2002年 Valence Technology Inc.率先將該技術商業化。但是技術上沒能順利突破正級材料加碳後的導電性提高,體積/容量比下降的困境.直到美國廠商A123 systems發展了奈米微粒磷酸鐵粉體的製程, 成功的提高導電性.

目前全世界有能力量產磷酸電池正級材料的,包括Valence Technology ,Phostech Lithium、A123 systems、台灣長園科技與立凱電能等少數公司具有生產與專利保護的能力，目前這幾家公司已經開始廣泛地將磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）應用在電動手工具、電動自行車、油電混合車的動力電池。預料此一電池革命，將很快地取代鉛酸、鎳氫、鎳鎘等低功率、高污染的傳統充電動力電池。

 


Posted by erventure at 樂多Roodo! │17:38 │回應(1) │引用(0) │鋰鐵電池
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其實, 鋰鐵並非安全電池的唯一選擇. 不過倒是炒的火熱.

http://big5.nikkeibp.co.jp/china/news/edit/elec200712130125.html

負極採用鈦酸鋰而非石墨 東芝將量產新型鋰離子充電電池
DATE 2007/12/13

　　【日經BP社報導】


圖1：東芝開發的單元
　　東芝開發出了在確保安全性的同時，即使反覆快速充電也擁有10年以上壽命的鋰離子充電電池“SCiB（Super Charge ion Battery）”（圖1）。計劃從2008年3月開始量產，將首先上市由10個單元串聯而成的標準模組“TBP”系列（圖2）。該產品主要面向備用電源、風力發電均衡電源、無人搬運車、堆高機等產業用途，還適用於帶電動輔助功能的自行車、電動輕騎摩托及混合動力車等領域。

　　此次開發的鋰離子充電電池的特點是：負極材料採用鈦酸鋰（Li4Ti5O12），並配合使用燃點較高的電解液以及耐熱性出色的隔板。憑藉這些措施，在內部短路時也不易發生熱失控，破裂及著火的可能性極低。正極材料與可攜式終端用鋰離子電充電池一樣，以鈷酸鋰（LiCoO2）為基礎材料。在發佈會上，東芝播放了單元外部短路試驗的影像。即使發生外部短路，單元的溫度也不會超過100℃，可防止破裂及起火。

新型鋰離子電池衝壓實驗（視訊約1分55秒）
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　　此次開發的單元的充放電循環特性方面，在快速充放電條件下（25℃，10C（42A）充電，15A放電），即使反覆充放電約3000次，容量也只降低不到10％（圖3）。該公司表示，由於可反覆充放電超過5000次，因此按每天充電一次計算，可反覆使用10年以上。

　　另外新產品還能夠以50A的大電流進行快充，單元及標準模組均可在5分鐘充滿電池容量的90％以上。此外，在-30℃也可確保80％以上的放電容量，因此還可在寒冷地區使用（圖4）。

電壓雖低但DOD仍可達到80％

　　單元的電流容量為4.2Ah，標稱電壓為2.4V。外形尺寸約為62×95×13mm，重量約為150g。因此，估計能量密度在67.2Wh/kg（131.6Wh/L）左右。串聯10個單元的標準模組配備有具備電壓和溫度監視功能及單元平衡調節等的“電池管理系統”。電流容量為4.2Ah，標稱電壓為24V。外形尺寸約為100×300×45mm，重量約為2000g。因此，標準模組的能量密度約為50.4Wh/kg（74.7Wh/L）左右。

　　東芝表示，由於標稱電壓只有2.4V，因此在混合動力車等需要高電壓的產品上使用時，與普通鋰離子充電電池相比，單元數量增加了約1.5倍。但是，即使將放電深度（DOD）擴大到80％左右，也很少發生老化現象，因此可將尺寸減小到不亞於其他公司面向混合動車開發的鋰離子充電電池的水準。（記者：狩集 浩志）
Posted by Mark at February 23,2008 22:35
  


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