铁锂电池在移动通信网络应用的研究

磷酸铁锂电池在移动通信网络应用的研究（初稿）中国移动通信集团有限公司中国移动通信集团设计院有限公司二○一○年八月磷酸铁锂电池在移动通信网络应用的研究（初稿）院审核人：井辉所审核人：彭广香项目负责人：赵黎明主要编制人：赵黎明项目编号：2010YBJZ0034-01项目委托单位：中国移动通信集团公司计划部目录1.磷酸铁锂电池产品简介.......................................................................................................................................21.1磷酸铁锂电池发展历程....................................................................................................................................21.2磷酸铁锂电池内部结构及工作原理.................................................................................................................21.4磷酸铁锂电池产品特点....................................................................................................................................41.5正极材料性能比较.............................................................................................................................................52.磷酸铁锂电池产品技术特点...............................................................................................................................52.1磷酸铁锂电池产品现状.....................................................................................................................................52.2磷酸铁锂电池产品检测.....................................................................................................................................63.磷酸铁锂电池的主要技术要求...........................................................................................................................63.1现行的磷酸铁锂电池行标、国标....................................................................................................................63.2关于磷酸铁锂电池主要技术要求的建议........................................................................................................74.磷酸铁锂电池在通信电源系统中的应用...........................................................................................................84.1磷酸铁锂电池充电性能....................................................................................................................................84.2磷酸铁锂电池放电性能及容量选择..............................................................................................................105.磷酸铁锂电池和密封阀控式铅酸蓄电池的比较.............................................................................................125.1产品性能比较和系统组成比较......................................................................................................................125.2节能基站应用方案比较及投资比较..............................................................................................................135.3局房应用方案比较及投资比较......................................................................................................................165.4RRU站点应用方案比较及投资比较...............................................................................................................185.5各种局房、基站和RRU站点的电池容量计算方法......................................................................................196.磷酸铁锂电池在通信行业的使用建议.............................................................................................................196.回收再利用.........................................................................................................................................................208.其他需要说明的问题.........................................................................................................................................2021.磷酸铁锂电池产品简介1.1磷酸铁锂电池发展历程锂离子电池的定义：指以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能，并且有不同的名称。按正极材料区分，可分为钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂(LiMn2O4)、镍酸锂(LiNiO2)、三元材料、磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP）等，其中钴酸锂、锰酸锂是常用的锂离子电池正极材料，磷酸铁锂电池问世于2002年，在安全性、循环寿命、材料成本等方面具有竞争优势。按电解质区分，可分为液体电解质、固态聚合物电解质、凝胶型聚合物电解质，后两者制成的电池又称为锂聚合物电池，其性能优于液体电解质的锂离子电池，但目前仍处在实验室少量生产阶段。磷酸铁锂电池是指正极材料为磷酸铁锂的锂离子。由于磷酸铁锂电池具有循环寿命长、耐高温、体积小、重量轻、无污染等优点，电动车辆、国家电网、移动通信等行业都在对其进行研究和使用。目前，磷酸铁锂电池在电动自行车、电动汽车上有较成熟的使用经验，汽车行业为此制定了行业标准。国家电网正在进行研究和试用，尚无行业标准。移动通信行业正在研究和试用，有技术报告。1.2磷酸铁锂电池内部结构及工作原理磷酸铁锂电池内部结构可分为极板、隔板、电解液、外壳、安全阀、端子等，详见图1。3图1LiFePO4电池内部结构左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极端子连接，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极端子连接，中间是隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，电池的上下端之间是电池的电解质，为锂离子运动提供运输介质。LiFePO4电池在充电时，外界电流从负极流向正极，导致正极中的锂离子Li+从磷酸铁锂等过度金属氧化物的晶格中脱出，经过液态电解质这一桥梁，通过隔膜向负极迁移，并嵌入碳素材料负极的层状结构中。正极材料的体积因锂离子的移出而发生变化，但本身的骨架结构维持不变。LiFePO4电池在放电时，负极中的锂离子Li+从碳素材料层间脱出，经过液态电解质这一桥梁，通过隔膜向正极迁移，并嵌入正极材料的晶格中，相应地电流从正极经外界负载流向负极。磷酸铁锂材料为橄榄石型磷酸盐类嵌锂材料，晶体结构稳定，充放电过程中不易发生变形或破坏。同样，锂离子反复的嵌入和脱出只会引起负极材料的层间距变化，也不会引起材料晶体结构的破坏。锂离子电池也称为摇椅式电池。磷酸铁锂晶体结构详见图2。4图2LiFePO4晶体结构1.4磷酸铁锂电池产品特点磷酸铁锂电池主要技术要点如下：Ø标称电压3.2V，额定容量为3小时率容量；Ø一般充电电流为0.2~0.5C，最大充电电流为1~1.5C，充电电压在3.65V以下时性能稳定；Ø一般放电电流为0.5~1C，最大放电电流为5~10C，放电终止电压为2.0V；Ø充电工作温度范围为0~45℃，放电工作温度范围为-20~60℃。磷酸铁锂电池具有如下优点：1.输出电压高：磷酸铁锂电池工作电压范围：2.5～3.6V，平台约3.2V；2.安全性强：磷酸铁锂正极材料具有良好的电化学性能，充放电平台十分平稳，充放电过程中结构稳定，可以过放电到零伏。即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；3.高温性能好：外部温度65℃时电池正常工作，结构安全、完好；4.高效率输出：标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；5.高循环寿命：经500次循环，其放电容量仍大于95%；；6.使用方便：可快速充电；7.环保：整个生产过程清洁无毒。所有原料都无毒。不像钴是有毒的物质。8.价格便宜：磷酸铁锂电池采用磷酸源、锂源、铁源为材料，无战略资源及稀有资源。各种正极材料中，钴（Co）最贵，并且存储量不多，镍（Ni）、锰（Mn）较便宜，而铁（Fe）最便宜。磷酸铁锂电池具有如下缺点：LiFePO45因磷酸铁锂正极材料导电性差，需对磷酸铁锂