【導讀】磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池采用 LiFePO4 作為電池的陰極材料
，並以采用金屬背襯的石墨碳作為陽極材料。這並不算一種新技術，德克薩斯大學的研究人員早在 1996 年就提出了這一概念。但是，電化學電池吸引了廣泛的關注
，因為相對於鋰離子電池而言，它具備諸多優勢。這些優勢包括更低的成本、無毒、鐵的低獲取門檻以及出色的熱穩定性。相比之下，在鋰離子電池中使用的鎳和鈷很難獲得，而且價格昂貴，對環境的危害更大。

磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池采用 LiFePO4 作為電池的陰極材料，並以采用金屬背襯的石墨碳作為陽極材料。這並不算一種新技術，德克薩斯大學的研究人員早在 1996 年就提出了這一概念。但是，電化學電池吸引了廣泛的關注，因為相對於鋰離子電池而言
，它具備諸多優勢。這些優勢包括更低的成本
、無毒、鐵的低獲取門檻以及出色的熱穩定性。相比之下，在鋰離子電池中使用的鎳和鈷很難獲得，而且價格昂貴
，對環境的危害更大。

此外，LiFePO4 的充電循環壽命遠高於同等鋰離子電池。根據電池的使用方式
，其壽命可達 1,000 至 10,000 次充電循環。另外，符合標準的 LiFePO4 電池能夠在至少 2000 次充電循環內
，提供至少 80% 的放電容量（或稱為“放電深度”）。而典型鋰離子電池僅能在 300 至 500 次充電循環內保持同樣的放電容量。

LiFePO4 電池還具備其他一些特性，包括可耐受快速充電、低內阻能夠支持高放電電流，以及供電電壓非常穩定。而且，還可在高溫下很好地工作。

LiFePO4 電池的一個實例是 PSL-FP-IFP2770180EC，這是由 Power Sonic Corporation 提供的一款 3.2 V
、25 Ah 電池（圖 1）。

圖 1：與同等鋰離子電池相比，LiFePO4 電池的價格更低，並且充電循環壽命更高。（圖片來源：Power Sonic Corporation）

但是
，直到最近，LiFePO4 電池的一些缺陷仍使之一直無法成為主流。其中的關鍵缺陷是它的能量密度比鋰離子電池低 15% 至 25%，而且輸出電壓僅為 3.2 V，低於鋰離子電池的 3.7 V。另外，LiFePO4 電池的低溫性能不佳，與更穩定的鋰離子電池相比，通常需要更多保養和保護。

LiFePO4 能量密度的改進

最近 LiFePO4 電池能量密度的改進使其適用於更多的設備。雖然它們不太可能在手機或筆記本電腦等產品中取代鋰離子電池
，但在空間更大、更注重低成本和易回收性的應用中，這種電池可能是不錯的選擇。實例包括電動自行車和某些型號的電動汽車 (EV)。例如，特斯拉在 2021 年底宣布將在該公司的入門級車輛中采用 LiFePO4 電池。該公司的電池提供大約 260 Wh/kg 的能量密度，與最好的鋰離子電池不相上下。

圖 2：特斯拉 Model 3 現在采用 LiFePO4 電池。（圖片來源：特斯拉）

在低成本、長壽命、優良電氣特性比高能量密度更為重要的應用中

，設計人員越來越多地考慮采用 LiFePO4 電池。實例包括無線電控製設備和便攜式電機驅動產品，尤其是工業物聯網 (IIoT) 傳感器。

由於隻有一群特定的工程師在參與像電動汽車這樣的特別產品的設計
，因此您更可能在這些不太多的應用中找到 LiFePO4 電源。

謹慎選擇

鋰離子和 LiFePO4 有(you)一(yi)些(xie)相(xiang)似(si)之(zhi)處(chu)。例(li)如(ru)，它(ta)們(men)的(de)能(neng)量(liang)都(dou)來(lai)自(zi)於(yu)鋰(li)離(li)子(zi)運(yun)動(dong)
，這(zhe)種(zhong)運(yun)動(dong)會(hui)釋(shi)放(fang)電(dian)子(zi)，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)
，為(wei)設(she)備(bei)供(gong)電(dian)。但(dan)是(shi)

，一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)差(cha)別(bie)是(shi)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)方(fang)式(shi)。LiFePO4 電池具有與鋰離子電池不同的電氣特性
，從而改變了充電曲線。這種差異雖不明顯
，但為了發揮 LiFePO4 電池的最大潛力，了解這種差異非常重要。

圖 3 和圖 4 由 Texas Instruments 提供
，顯示了典型鋰離子和 LiFePO4 電池的充電曲線。鋰離子電池充電循環（圖 3）通常采用恒壓 (CV) 模式
，但 LiFePO4 電池充電算法（圖 4）不需要這種模式。而是采用快速恒流充電 (CC) 將電池快速充電至過充電壓，然後讓電池“放緩”至較低的浮充電壓閾值。由於不需要恒壓控製，因而大大縮短了充電時間。在充電循環內，內部控製回路通常監視電源管理 IC (PMIC) 的結溫
，當超過溫度閾值時就會減小充電電流。

圖 3：lilizidianchidechongdianfenweisangebutongdejieduan。shouxian，dianchiyishidudehengliuyuchong
，ranhouyijiaogaodehengliukuaichong，yikuaisuzengjianengliang。zuihou，dangdianchishuchudianyadadaochongdiandianyashi，chongdianquxianhuizhuanhuandaohengyachongdian，huanmanchongmandianchidianliang。（圖片來源：Texas Instruments）


圖 4：LiFePO4 電池的充電與鋰離子電池不同。預充之後，電池使用恒流模式充滿電量。然後，電壓可以第一次“放緩”
，再使用小 Top-off 充電方式進行浮充。與鋰離子充電循環相比
，LiFePO4 電池的充電速度更快。（圖片來源：Texas Instruments）

兩種充電曲線的另一個差異是，由於電池化學原理的不同
，LiFePO4 電池的最高充電電壓較低。LiFePO4 電池的最高充電電壓上限為 3.6 V，達到該值之後將回落到 3.5 V
，而鋰離子電池的最高電壓限定為 4.1 或 4.2 V。

緊湊型 LiFePO4 電池充電器

LiFePO4 電池使用量的增加，促使芯片公司推出單片 IC
，專用於使用經過優化的充電曲線為這種電池充電。這讓用戶無需重新從頭設計電源管理電路，就能采用這種技術。

Texas Instruments 的 BQ25070DQCR LiFePO4 PMIC 就是一個實例。該器件采用 2 x 3 mm 封裝
，提供 3.7 V 過充電壓，並在高達 1.2 A 的電流下提供 3.5 V 的浮充電壓。

第二個實例是 MCP73123T-22SI/MF，來自 Microchip Technology。該器件的輸入電壓為 4 至 16 V，最大充電電流為 1.1 A。快速充電 CC 值通過外部電阻器來設定，介於 130 mA 到上限，具體取決於充電的電池。在高功率或高環境溫度條件下，MCP73123/223 還會根據芯片溫度來限製充電電流（圖 5）。

圖 5：Microchip Technology 的 LiFePO4 PMIC 原理圖。連接到 PROG 引腳的電阻器設定最大充電電流。（圖片來源：Microchip Technology）

第三個解決方案來自 Analog Devices。MAX77787JEWX+ PMIC 工作輸入電壓範圍為 4.5 至 13.4 V，最大充電電流為 3.15 A。快速充電電流和充電終止電壓通過外部電阻器進行配置。這款 2.75 x 2.75 mm 器件同時支持 LiFePO4 和鋰離子電池充電。

結語

雖然與鋰離子電池相比，在能量密度和電源電壓方麵處於劣勢，但 LiFePO4 電(dian)池(chi)具(ju)備(bei)充(chong)電(dian)循(xun)環(huan)壽(shou)命(ming)更(geng)高(gao)和(he)充(chong)電(dian)快(kuai)速(su)的(de)優(you)勢(shi)。此(ci)外(wai)，這(zhe)種(zhong)電(dian)池(chi)適(shi)合(he)很(hen)多(duo)成(cheng)本(ben)敏(min)感(gan)型(xing)應(ying)用(yong)
，包(bao)括(kuo)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)和(he)工(gong)業(ye)物(wu)聯(lian)網(wang)傳(chuan)感(gan)器(qi)。專(zhuan)門(men)設(she)計(ji)的(de)單(dan)片(pian)充(chong)電(dian)器(qi)能(neng)夠(gou)讓(rang)用(yong)戶(hu)輕(qing)鬆(song)而(er)心(xin)安(an)理(li)得(de)地(di)利(li)用(yong)電(dian)池(chi)化(hua)學(xue)材(cai)料(liao)，實(shi)現(xian)充(chong)電(dian)曲(qu)線(xian)優(you)化(hua)，並(bing)確(que)保(bao)電(dian)池(chi)的(de)長(chang)壽(shou)命(ming)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。

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