?鋰離子電池(Lithium-ion battery)是一種可充電電池,它的工作原理主要依賴鋰離子在正極和負極之間移動。在充電過程中,鋰離子從正極移動到負極;在放電過程中,鋰離子從負極移動到正極。在這個過程中,電池能夠存儲和釋放能量。
鋰離子電池在很多方面都優于其他類型的可充電電池,例如它們的能量密度高,自放電率低,沒有記憶效應,并且能夠經受大量的充電和放電循環。這些優點使得鋰離子電池在許多應用中得到了廣泛使用,包括手機、筆記本電腦、電動汽車、電動叉車和可充電家用電器。 然而,鋰離子電池也有一些挑戰和限制。例如,它們的制造成本相對較高,需要復雜的充電電路,以及在某些情況下可能存在安全風險,例如過度充電或損壞時可能會引發火災。 在過去的幾十年中,科學家和工程師一直在研究如何改進鋰離子電池的性能和安全性,并開發出了許多新的鋰離子電池技術,包括磷酸鐵鋰電池等。 1970年代初:Stanley Whittingham,當時在埃克森公司工作,首次開發出了鋰離子電池。他在研究中使用了一個可以插入鋰離子的鈦酮(TiS2)正極和一個鋰金屬負極。這個設計的主要問題是,鋰金屬負極在重復充放電過程中可能會產生鋰的“枝晶”生長,這可能會導致電池短路甚至爆炸。 1970年代末:John Goodenough在牛津大學進行的研究中發現了鈷酸鋰可以作為鋰離子電池的正極材料。鈷酸鋰正極電池的工作電壓可以達到4V,比Whittingham的設計高了兩倍。然而,這些早期的鋰離子電池仍然使用鋰金屬作為負極,因此安全問題仍然存在。 1980年,Rachid Yazami研發出了使用石墨作為負極的鋰離子電池。這種設計在提供大量可供鋰離子插入的空間的同時,避免了使用鋰金屬可能帶來的安全問題。 1982年伊利諾伊理工大學(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發現鋰離子具有嵌入石墨的特性,此過程是快速的,并且可逆。與此同時,采用金屬鋰制成的鋰電池,其安全隱患備受關注,因此人們嘗試利用鋰離子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試制成功。1983年M.Thackeray、約翰·B·古迪納夫等人發現錳尖晶石是優良的正極材料。錳尖晶石具有低價、穩定和優良的導電、導鋰性能。其分解溫度高,且氧化性遠低于鈷酸鋰,即使出現短路、過充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。雖然純錳尖晶石隨充放電循環會變衰弱,但這是可以通過材料的化學改性克服的。截至2013年錳尖晶石用于商業電池。
1985年,日本旭化成的吉野彰運用鈷酸鋰開發電池陰極,徹底消除金屬鋰,完成世界最初可商業化的含鋰堿性鋰離子電池。
1989年,A.Manthiram和古迪納夫發現采用聚電解質(例如,硫酸鹽)的正極將產生更高的電壓,原因是聚電解質的電磁感應效應。 這些早期的發展為后來鋰離子電池的商業化奠定了基礎。雖然早期的鋰離子電池技術存在許多問題,但它們的開發過程中積累的知識和經驗為后來的研究人員提供了寶貴的參考,幫助他們解決了這些問題,并最終實現了鋰離子電池的商業化。 1991年日本索尼成功開發鋰離子電池。它的實用化,使人們的移動電話、筆記型電腦等攜帶式電子設備重量和體積大大減小,使用時間大大延長。由于鋰離子電池中不含有重金屬鎘,與鎳鎘電池相比,大大減少了對環境的污染。 1991年 –索尼公司和旭化成公司發布首個商用鋰離子電池[18]。隨后,鋰離子電池革新了消費電子產品的面貌。 1996年 – Padhi和古迪納夫發現具有橄欖石結構的磷酸鹽,如磷酸鐵鋰電池(LiFePO4),比傳統的正極材料在安全性和壽命方面有所進步,但低溫性能和壓實密度有待提高。 2002年 – 蔣業明教授和他的小組在麻省理工學院表明通過與鋁,鈮和鋯的摻雜[20]提高材料的導電性,使鋰電池的性能顯著改善。導致增加的確切機制成為廣泛辯論的議題。 2004年 – 蔣業明通過采用磷酸鹽的直徑小于100納米的顆粒再次增加性能。這降低顆粒密度差不多一百倍,增加了正極的表面面積和改進的容量和性能。商業化導致了更高容量的鋰離子電池市場的快速增長,以及蔣業明和古迪納夫之間的專利侵權戰。 2008年,特斯拉公司推出了其第一款電動汽車——Roadster,這款車使用的就是鋰離子電池,標志著鋰離子電池在汽車上的應用開始走向成熟。 2011年 – 在日本的所有便攜式二次(即,可充電)電池的銷售中,鋰離子電池占66%。 2012年 –約翰·B·古迪納夫,拉奇德·雅扎米和吉野彰獲得了IEEE環境與安全技術獎章(美國IEEE)。 2013年 – 可再充電鋰電池已經進展到磷酸釩鋰電池,在正向和反向反應中以增加能量效率[來源請求]。 2014年 – Amprius公司商業電池達到650瓦時/升(比以前高20%),使用硅陽極,并分別交付給智能電話廠家[24]。美國國家工程學院公認約翰·B·古迪納夫,西美緒,拉奇德·雅扎米和吉野彰為今天的鋰離子電池所做的先驅性和領先性的基礎工作[25]。 2015年 –特斯拉汽車公司推出的Tesla Powerwall和PowerPack電池,分別用于住宅和商業用途。預計由于Gigafactory 1工廠所提供的規模經濟將顯著降低可充電的鋰離子電池價格。 2019年 –約翰·B·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆、吉野彰因發展鋰離子電池獲得諾貝爾化學獎。水島公一獲得東京大學總長特別表彰。2009年,中國民營汽車制造商比亞迪開始研發以磷酸鐵鋰為動力的電動平衡重叉車。
2011年3月,中國叉車網(www.chinaforklift.com)報道,中國民營汽車制造商比亞迪正在介入叉車制造業,并首次推出以磷酸鐵鋰為動力的3噸電動平衡重叉車。最初使用于比亞迪內部的各事業部。
2011年6月,德國叉車制造商永恒力在德國CEMAT展上,首次推出EJE112i型步行式電動搬運車。
2012年4月,中國民營汽車制造商比亞迪正式對外正式發布全球首款工業化生產的以磷酸鐵鋰為動力的電動平衡重叉車。
2013年1月,比亞迪推出3.5噸電動叉車填補國內大噸位電動叉車的市場空白,
2016年6月,比亞迪三支點的ECB18C型號的叉車首次獲得IFOY國際叉車大獎及,同年比亞迪還獲得第一屆中國工業車輛技術創新獎。
2017年,比亞迪叉車憑借創新技術優勢獲得中國工業車輛創新獎零部件類金獎。
2022年,中國叉車網(www.chinaforklift.com)授予比亞迪叉車“全球鋰電叉車產業化制造商”稱號。 為何我們說磷酸鐵鋰電池是工業車輛和叉車最佳動力來源? 磷酸鐵鋰電池(LFP電池)相比鉛酸電池在許多方面都有優勢,使其成為工業車輛和叉車的理想動力來源。以下是一些關鍵的優勢: 更長的壽命:LFP電池的循環壽命通常遠超過鉛酸電池。在同樣的使用條件下,LFP電池可以經歷更多的充電和放電循環,這意味著電池的使用壽命更長,降低了替換電池的頻率和成本。 更高的能量密度:LFP電池的能量密度比鉛酸電池高得多,這意味著在同等重量或體積下,LFP電池可以存儲更多的能量。這對于工業車輛和叉車來說是非常重要的,因為它意味著車輛可以攜帶更少的電池重量或體積,而獲得更長的驅動距離。 更好的充電效率:LFP電池的充電效率通常比鉛酸電池高,這意味著在同等時間內,LFP電池可以充入更多的能量。這對于需要頻繁充電的工業車輛和叉車來說非常有利。 環境友好:LFP電池不含鉛等有害重金屬,對環境影響較小。而鉛酸電池包含有害的鉛,如果處理不當,會對環境造成污染。安全性:LFP電池相比其他類型的鋰離子電池(如含鈷的鋰離子電池)在熱穩定性上有顯著優勢,不容易產生熱失控,因此安全性較高。
綜上所述,磷酸鐵鋰電池以其出色的安全性、穩定性、環保性和性價比,已經成為工業車輛和叉車的最佳動力來源。隨著技術的進一步發展,我們有理由相信,LFP電池將在未來的工業車輛和叉車市場中,發揮更大的作用。 隨著全球能源轉型和環保壓力的增大,工業車輛和叉車的電氣化成為了必然趨勢。其中,磷酸鐵鋰電池(LFP)憑借其獨特的優勢,已經成為這些車輛當下最佳的動力來源。而在這個過程中,中國叉車制造商比亞迪(BYD)的貢獻不可忽視。 首先,磷酸鐵鋰電池在安全性和穩定性方面表現出眾。與其他鋰電池相比,LFP電池在高溫環境或電池內部出現問題時,不容易發生熱失控并引發火災。這是因為其熱失控溫度高于其他鋰電池,具有良好的熱管理能力和防止內部短路的性質。對于工業車輛和叉車這種需要在各種環境下可靠工作的設備來說,這是一個非常重要的優點。 其次,LFP電池具有良好的循環壽命。相比其他類型的電池,它能經受更多的充放電周期而不會顯著降低性能。這意味著,即使在長時間高強度使用后,LFP電池也能保持穩定的輸出,從而保證了工業車輛和叉車的連續工作能力。 再者,LFP電池對環境友好。它不含有害的重金屬元素,如鈷和鎳,這使得它們對環境的影響較小。此外,由于它們的長壽命和穩定性,這些電池的維護和更換需求也較少,從而降低了它們的環境影響。這一點對于追求可持續發展和環保的現代工業來說,具有很大的吸引力。 最后,LFP電池在性價比方面也具有優勢。相比其他類型的鋰電池,LFP電池的生產成本較低。加之其較長的使用壽命,使得其總體的擁有成本也較低。這對于工業車輛和叉車這類設備來說,能有效降低運營成本,提高經濟效益。在討論磷酸鐵鋰電池在工業車輛和叉車中的廣泛應用時,我們必須提到比亞迪的重要作用。十二年前(2011年),比亞迪是全球首家規模化應用磷酸鐵鋰電池于叉車和工業車輛的制造商。這個創新的應用不僅在行業中獲得了普及,更是引發了一場全球范圍內的行業革新。
比亞迪的這一創新之舉,對全球的叉車和工業車輛制造業產生了深遠影響。這種安全、高效、環保的新能源技術,被越來越多的制造商所接受并應用。磷酸鐵鋰電池的廣泛使用,推動了整個行業的技術進步,也使得全球的工業車輛和叉車市場在環保和效率上達到了新的高度。
比亞迪之所以能夠在磷酸鐵鋰電池領域取得這樣的成就,是因為其過去20年來對鋰電池技術的深入研究和不懈努力。比亞迪在電池技術領域有著深厚的理解和豐富的實踐經驗,這使得它能夠在全球范圍內推廣磷酸鐵鋰電池的使用,并引領了工業車輛和叉車向更安全、更環保、更高效的方向發展。
綜上所述,磷酸鐵鋰電池以其出色的安全性、穩定性、環保性和性價比,已經成為工業車輛和叉車的最佳動力來源。比亞迪在推動這一轉變的過程中,發揮了關鍵的作用。隨著技術的進一步發展,我們有理由相信,比亞迪將繼續在全球電動車輛市場中發揮領導作用,進一步推動工業車輛和叉車的電氣化進程。
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