Pin sắt và “tính cách” LiFePO4 — LFP

Năm 1996, Đại học Texas (và những người có đóng góp khác) đã phát hiện ra phosphate có thể dùng làm vật liệu cathode cho pin sạc lại lithium. Li-phosphate cung cấp hiệu suất điện hóa tốt với điện trở thấp. Những lợi ích chính là dòng xả cao và tuổi thọ dài, độ ổn định nhiệt tốt, an toàn hơn và chịu đựng tốt nếu bị lạm dụng.

Không giống các loại pin li-ion khác, Li-phosphate “dễ tính” hơn khi sạc – chúng không bị ức chế nhiều khi bị cắm sạc ở điện áp cao trong thời gian dài.  Đổi lại, điện áp danh định của chúng chỉ ở mức 3.2V/ cell pin, tức là thấp hơn mức năng lượng riêng của các loại pin li-ion có pha cobalt. Với hầu hết các loại pin, nhiệt độ lạnh làm giảm hiệu suất và nhiệt độ lưu trữ cao làm giảm tuổi thọ, Li-phosphate cũng không ngoại lệ. Li-phosphate có khả năng tự xả cao hơn các loại pin Li-ion khác, điều này có thể gây ra các vấn đề về cân bằng pin khi lão hóa. Có thể giảm thiểu tình trạng này bằng cách mua các cell chất lượng cao và/hoặc sử dụng thiết bị điện tử điều khiển tinh vi, cả hai đều làm tăng chi phí của bộ pin. Tính sạch trong quá trình sản xuất là yếu tố quan trọng để đảm bảo tuổi thọ pin. Pin này rất kỵ độ ẩm khi sản xuất, nếu không pin sẽ chỉ chạy được  tầm 50 chu kỳ.

Li-phosphate thường được sử dụng để thay thế ắc quy khởi động axit chì. Bốn cell nối tiếp tạo ra điện áp 12,80V, tương tự như sáu cell axit chì 2V nối tiếp. đối với ắc quy axit chì, xe EV sẽ sạc đầy đến 14,40V (2,40V/cell) và tiếp tục sạc (topping charge). Điều này giúp ngăn ngừa quá trình sunfat hóa trên ắc quy axit chì. Trong trường hợp 04 cell Li-phosphate nối tiếp, mỗi cell đạt mức sạc đầy ở 3,60V. Lúc này, cần ngắt kết nối sạc nhưng topping charge sẽ tiếp tục trong khi lái xe. Li-phosphate có khả năng chịu được sạc quá mức; tuy nhiên, việc duy trì điện áp ở mức 14,40V trong thời gian dài (như hầu hết các xe thực hiện trên một chuyến đi đường dài) có thể gây căng thẳng cho Li-phosphate. Thời gian sẽ cho biết Li-phosphate bền như thế nào khi thay thế axit chì bằng hệ thống sạc xe thông thường. Nhiệt độ lạnh cũng làm giảm hiệu suất của Li-ion và điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng khởi động trong những trường hợp thời tiết cực đoan.

Li-phosphate có độ an toàn cao, vòng đời dài, nhưng năng lượng riêng thấp và chỉ số tự xả khá cao.

 

CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

Tên pin: Lithium Iron Phosphate: vật liệu cathode LiFePO4, vật liệu anode: than chì
viết tắt: LFP or Li-phosphate, từ năm 1996

 

Điện áp danh định	3.20, 3.30V định danh; khoảng hoạt động 2.5–3.65V/cell pin.
Năng lượng riêng	90–120Wh/kg
Sạc  (C-rate)	1C trung bình, sạc tới 3.65V; trung bình 3h sạc đầy.
	Phải ngắt sạc khi dòng bão hòa ở 0.05C.
Xả (C-rate)	1C, 25C ở một số cell; 40A dòng điện cục bộ (2s); 2.50V ngắt dòng (xả dưới 2V sẽ gây hỏng pin)
Vòng đời	2000 hoặc cao hơn (phụ thuộc độ sâu xả và nhiệt độ hoạt động)
Thermal runaway	270°C (518°F) – Đây là nhiêt độ cho phép rất cao, nên pin được đánh giá là rất an toàn ngay cả khi sạc đầy.
Chi phí	~$580 per kWh[1]
Các ứng dụng	Các ứng dụng cầm tay, hoặc các trạm phát cần dòng cao và khả năng làm việc liên tục.