Литий-железо-фосфатные аккумуляторы LiFePO4, сокращённо LFP - электрохимическая технология высокоёмких перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов для долговечного и безопасного электропитания.
Уже заряжены!
Технология LFP уже два десятилетия является одной из наиболее быстро развивающихся аккумуляторных технологий. С 2010 по настоящий 2025 год мировые производственные мощности росли и снижали стоимость такими темпами, что в некоторых применениях LFP-аккумуляторы сравнялись по цене со свинцово-кислотными аналогами.
LFP аккумуляторы получили своё название по материалу положительного электрода – катода. Аккумуляторы LFP долговечны, стабильны по температуре и выдаваемой мощности и безопасны при приемлемой стоимости, благодаря чему получили широкое распространение в промышленности, в телекоммуникациях, в ИБП и системах накопления энергии, а в последние годы всё больше применяются вместо иных аккумуляторов в электромобилях.
Преимущества и недостатки LFP
+ Полное отсутствие эффекта памяти. Стабильная и долговечная работа при частичных разрядах и недозарядах, губительных для иных технологий
+ Долговечная работа в циклическом режиме – 2500-8000 циклов
+ Длительный ресурс в 15-20 лет в буферном режиме
+ В 2-3 раза компактнее свинцово-кислотных аккумуляторов при той же ёмкости
+ Пологое разрядное напряжение: ~ 90% ёмкости выдаётся при 3.25-3.0 В на аккумулятор. Постоянная выдача мощности на 90% диапазона разряда
+ Высокая токовая отдача до 10С – полный разряд возможен за 6 минут
+ Низкое внутреннее сопротивление в 0.15-5 мОм на аккумуляторный элемент
+ Энергоэффективны, малые потери, в разы ниже затраты на кондиционирование
+ Медленный саморазряд в 2%/месяц
+ Нет дорогостоящих кобальта и никеля
+ Самая безопасная из распространённых литий-ионных технологий
+ Падающая цена - на 2025 год в некоторых применениях сравнялась с с-к
- Хуже выдаёт разряд при отрицательных температурах до -20 °С
- Нельзя использовать в стартерном режиме, отключается при токах КЗ
- Нельзя заряжать при отрицательных температурах ниже 0 °С
- Утилизация и переработка пока значительно дороже, чем у с-к аккумуляторов
Катодный материал в аккумуляторах LiFePO4 не имеет кобальта и никеля и не представляет опасности для здоровья и окружающей среды. Химический состав аккумулятора настолько стабилен, что аккумуляторы LiFePO4 могут заряжаться от свинцово-кислотного зарядного устройства с минимальной донастройкой.
Аккумуляторы LiFePO4 работают в диапазоне напряжений от 3.65 В до 2.8 В, выдавая до 90% ёмкости на пологой разрядной кривой в 3.25-3.00 В при работе в широком температурном диапазоне от -20 до +65 °С.
Принцип работы и компоненты LFP аккумулятора
LiFePO4
Название ИЮПАК: железо (2+) фосфат лития (1: 1: 1)
Код CAS: 15365-14-7
Принцип работы литий-железо-фосфатного аккумулятора основан на обратимой интеркаляции ионов лития Li+ между положительным и отрицательным электродами.
Реакция: LiFeIIPO4 ⇌ FeIIIPO4 + Li+ + e−
Литий-фосфат железа (LFP) представляет собой неорганическую твёрдую соль LiFePO в виде черно-серого порошка. Этот химический состав электрода предназначен для использования в качестве катода в стационарных аккумуляторах, электромобилях, системах накопления энергии и прочих аккумуляторах.
В большинстве литий-ионных батарей в смартфонах, ноутбуках и иной бытовой электронике используются катоды из других соединений лития, таких как оксид лития-кобальта LiCoO2, оксид лития-марганца LiMn2O4.
Катод - LiFePO4, соль лития железофосфат (IV) со структурой оливина на алюминиевой фольге;
Анод – различные формы слоистого графита С6 на медной фольге;
Сепаратор – пористая полипропиленовая и/или полиэтиленовая мембрана;
Электролит - раствор соли лития LiPF6 в смеси неводных органических растворителей:
Этиленкарбонат EC, диэтилкарбонат DEC, этилметилкарбонат EMC, диметилкарбонат DMC, фторэтиленкарбонат FEC, пропиленкарбонат PPC и проч., прозрачный раствор, занимающий всё свободное внутреннее пространство в корпусе аккумуляторного элемента LFP;
Герметичный корпус аккумуляторного элемента LFP выполняется из алюминиевых сплавов с внешней полиэтиленовой оболочкой, токовыводами + и -, и клапаном безопасности.
LFP продолжает лидировать
Последние годы LFPаккумуляторы демонстрируют невероятный рост и снижение себестоимости производства. Их производительность, безопасность и цены будут способствовать их дальнейшему росту в ближайшем будущем. Помимо Китая, с 2024 года постепенно объявляется о создании большего числа заводов, ориентированных на производство LFP аккумуляторов и в Европе, и в Америке.
Благодаря совокупности своих рабочих характеристик и невысокой стоимости, в ближайшее десятилетие аккумуляторы LFP для батарей систем бесперебойного питания, систем накопления энергии, электромобилей и иных применений получат ещё более широкое мировое распространение.
Автор: Сергей Александрович Вольнов
НИУ МЭИ, TU Ilmenau
Руководитель направления по развитию «Вектор-Плюс»