NEC磷酸铁锂电池:理解推动未来发展的技术

2025-08-05

在本博客中,我们重点介绍为什么磷酸铁锂电池(LFP电池)是如此多的可充电应用中最好的选择,以及为什么NEC使用LFP电池技术 于驱动我们移动工作站的NEC电池系统。

NEC锂电池技术简史

在20世纪70年代,随着全球油价大幅上涨,顶尖科学家们正在努力开发能够为下一代可持续技术供电的可充电电池,帮助商业组织降低能源成本,并减少人类对化石燃料的依赖。其中一位科学家是M. Stanley Whittingham,这位英美化学家在1977年发明了第一个可充电金属锂电池。锂离子电池的发展继续由日本化学家Akira Yoshino推动,他在Whittingham的基础上进行了改进,并于1983年创造了第一个商业上可行的锂离子电池。从那时起,科学家们已经学会通过改变阴极的化学成分来生产不同类型的锂离子电池。六种最常见的电池化学类型 今天锂离子可充电电池的类型有:

  • 钴酸锂 (LCO)

  • 磷酸铁锂 (LFP)

  • 锂锰氧化物 (LMO)

  • 锂镍钴铝氧 (NCA)

  • 锂镍锰钴氧化物 (NMC)

  • 锂钛氧化物 (LTO)

每种类型的锂离子电池都有其独特的优势和缺点,但有一种电池在各种应用案例中脱颖而出,这要归功于其出色的使用寿命、低环境毒性和生产成本、高能量密度、行业领先的的安全性以及整体性能:磷酸铁锂电池(LFP电池)。

什么是NEC磷酸铁锂电池?

磷酸铁锂电池(最常被称为LFP电池)是一种使用石墨作为阳极和磷酸铁锂作为阴极材料的可充电锂离子电池。第一款LFP电池于1996年在德克萨斯大学由约翰·B·古德诺(John B. Goodenough)和阿克夏亚·帕迪(Akshaya Padhi)发明。从那时起,这些电池的优良特性(例如安全性、长循环寿命、低环境毒性等)使其成为家庭能源存储系统、电动汽车和电池供电的移动工作站等多种用途的首选化学电池。LFP电池产生了如此大的影响,使得三位为这项技术实现做出集体贡献的科学家(古德诺、惠廷厄姆和吉野)共同获得了2019年诺贝尔化学奖由于他们在锂离子电池开发方面的工作。

NEC磷酸铁锂电池为何是最佳选择的6个理由

在过去的30年里,已经发现了许多不同类型的锂离子电池,但磷酸铁锂电池由于其独特的安全、可持续性和性能组合而脱颖而出。以下是磷酸铁锂电池在电池技术前沿的六个原因:

1. 性能和效率

LFP电池在多个指标上表现优于其他锂离子电池化学物质:

  • 能量密度 - LFP电池相比其他许多类型的可充电电池,能够储存和释放更多的能量。

  • 长循环寿命 - 电池的循环寿命是指其在性能下降前可以完成的充放电次数。像镍镉电池、层状氧化物电池和磷酸铁锂电池这样的长寿命电池通常只能持续1000次以上,而磷酸铁锂电池在理想条件下具有极长的使用寿命,可以完成10,000次充放电循环

  • 快速充电能力 - LFP电池的另一个出色性能特点是它们能够在不到一小时内从完全放电状态快速充电至100%。这至少是LCO电池的四倍快,而LCO电池可能需要2-4小时才能完全充电。

  • 低自放电 - 自放电是一种化学反应,当电池不使用时会消耗储存的能源。而其他类型的可充电电池在储存时每月会失去15-30%的电量,LFP电池的自放电每月只失去2%的电量。有些在休眠模式下甚至失去更少的电量。LFP电池即使在不使用的情况下也能长时间保持电量。

2. 高能量密度

能量密度 衡量的是电池相对于其大小或重量能够储存多少能量。能量密度越高,我们能够在更轻便、更易于处理的紧凑型设备中提供更长时间的电力供应。LFP电池的能量密度在90-120 Wh/kg之间,表现优于许多其他类型的可充电电池,包括铅酸电池(30-50Wh/kg)、镍镉电池(45-80Wh/kg)、镍氢电池(60-120Wh/kg)和LTO电池(50-80Wh/kg)。LFP电池的高能量密度使制造商能够开发出高容量、轻便的动力系统,这些系统比使用其他化学物质的电池系统更加符合人体工程学且更容易管理。

3. 超级安全电池化学

我们NEC电池系统内置的LFP技术提供了高水平的化学和热稳定性,使LFP电池在拥有、操作和存储时比其他锂离子电池更加安全。

一些锂离子电池在充电时可能会过热, 但LFP的内在结构稳定性导致其产生的热量比其他电池化学物质更少。在过充电的情况下,LFP电池在相同条件下产生的热量是锂离子钴 (LCO) 电池的5%左右。事实上,LFP电池是不可燃的,除非暴露在超过500华氏度的高温下,它们才不会分解。LFP电池中的阴极也比LCO或锂镍锰钴 (NMC) 电池中的阴极具有更强的化学键。这一特性意味着LFP电池在过充电或短路条件下能够更好地保持其物理结构,而LCO或NMC电池在相同条件下会过热,引发热失控正反馈循环,并可能引发火灾。

4. 环境安全与可持续性

与其它类型的锂离子电池相比,磷酸铁锂电池具有出色的环境安全性和可持续性特点。我们已经提到,磷酸铁锂电池具有10,000次的循环寿命,这意味着您可以在不产生大量废料的情况下存储和释放大量电力。磷酸铁锂电池还无毒(不像含有钴的LCO和NMC电池)不会向环境中泄漏有害化学物质。在其使用寿命结束时,用过的磷酸铁锂电池可以被回收以提取有价值的材料,如锂、磷和石墨,并将剩余的废料从填埋场转移到工业制造中。

5. 道德材料采购

人权倡导者对锂离子电池的材料来源提出了担忧。尤其是含有钴的LCO、NMC和NCA类型。全球超过50%的钴储备位于刚果民主共和国(DRC),那里的“自由矿工”(包括童工、人口贩运的受害者及其他被剥削的工人)每天仅能获得一两美元的报酬,在类似现代奴隶制的条件下开采有毒金属。钴矿开采加速了整个刚果民主共和国的森林砍伐,钴矿工人在危险的条件下长时间工作,使用低质量的自制工具,没有防护设备(如手套、口罩等)来保护他们不接触或吸入有毒钴的烟雾。相比之下,生产LFP电池所需的材料——铁矿石和磷矿石——在地壳中丰富,并且可以从维持高安全标准的道德供应商那里获得。公平对待工人,不使用童工。

6. 可负担性

NEC磷酸铁锂电池的生产成本更低,购买价格也比其他类型的锂离子电池更实惠。虽然生产磷酸铁锂正极材料所需的元素(铁和磷酸盐)在地壳中相对丰富,但其他化学成分的锂离子电池中所含的贵金属(如镍、钴、钛)则较为稀有,且价格更高。在今天的金属商品市场,一吨钴的价格是一吨62%铁矿石的300倍,一吨镍的价格是相同数量磷酸盐的60倍。

2025年LFP电池的3个应用

1. 家用储能系统

家用储能系统用于捕捉和保留从太阳能板、风力涡轮机和其他可再生能源收集的多余能量。磷酸铁锂电池系统是家用储能的理想选择,这要归功于它们的低成本、长寿命和出色的的安全特性。

2. 电动汽车

电动汽车(EV)由大型的锂离子电池组提供动力,这些电池在汽车行驶过程中逐渐耗尽,可以通过插入电动汽车充电站进行充电。过去,NMC电池是电动汽车制造商的热门选择,但LFP电池的经济性、稳定性、能量密度和长寿命使其成为电动汽车制造商将其电池系统整合到产品中的首选。LFP电池的高容量意味着在满电状态下可以行驶更长的里程,而LFP的快速充电能力使电动汽车电池的充电变得更快、更方便。近50%的新发布的特斯拉车辆使用LFP电池系统,福特正在密歇根州建设一座LFP电池厂,该工厂将于2026年为它的电动汽车提供电池系统。

3. 电池供电的移动工作站

电池供电的移动工作站 被部署在各种商业应用中,包括仓储、餐饮、零售、工业制造和医疗保健。移动工作站将人员和技术带到任务点,消除不必要的步骤,并为工人提供最大的效率所需的灵活性。

NEC医疗移动工作站[/caption]在 DTG,我们的符合人体工学且多功能的移动工作站由使用 LFP 电池化学的 MPower 电池系统提供动力。通过 LFP 电池技术,我们提供 ultra 安全和可持续的电池系统,可以为您的电子设备供电长达 24 小时,能在不到两小时内充满 100% 的容量,并且可以持续 10,000 次充电循环。MPower 电池系统还提供热插拔功能,因此您可以在不关闭机器的情况下切换电池组,从而实现 100% 的正常运行时间。

关于LFP电池的常见问题 (FAQs)

磷酸铁锂电池安全吗?

LFP电池由于其化学稳定性和低产热性,是安全性最高的锂离子可充电电池。它们也是无毒的。

磷酸铁锂电池会燃烧吗?

磷酸铁锂电池不可燃烧,并且不像其他种类的锂离子电池那样会经历热 runaway。

如何储存LFP电池?

LFP电池应储存在干燥的室温环境中。LFP电池在储存时每月自放电2%的电量。为了避免因过放电而损坏,您应在储存LFP电池前始终进行充电。

磷酸铁锂电池的使用寿命有多长?

我们的移动计算机推车所用的LFP电池在您的配置下可以运行长达24小时。电池耗尽后,只需2小时即可将电池充至100%的容量。这个循环可以在性能下降之前重复10,000次。

磷酸铁锂电池可以串联连接吗?

是的。将LFP电池串联可以创建一个具有更高电压的电池组,从而可以驱动更大的设备。

磷酸铁锂电池可以并联连接吗?

是的。将LFP电池并联可以创建一个容量更高的电池系统,在需要再次充电之前可以提供更长的运行时间。

NEC的MPower电池系统采用LFP电池技术

在 NEC,我们为最苛刻的专业环境打造电池供电的移动工作站。这就是为什么我们依赖于LFP电池化学的卓越性能、安全性和可持续性,来为我们的行业领先的MPower电池系统提供支持。

LFP电池的能量密度比大多数其他可充电电池类型更高,且寿命是目前最好的锂离子电池的两倍。它们充电速度快,自放电慢,可以在两次充电之间提供数小时的运行时间。最后,LFP电池由廉价、无毒的材料制成,具有内在稳定的化学结构,使其比其他锂离子电池更可持续、更经济、更安全。

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