磷酸铁锂电池及其在通信行业中的应用

目前电网质量越来越完善， 很少出现市电大面积 长时间停电的状况， 而基站的停电往往是由于市政项 目的频繁建设所造成的短时间频繁停电， 这需要蓄电 池短时间大电流高倍率放电， 而传统铅酸蓄电池的高 倍率放电性能较差。 1.4 蓄电池没有纳入监控系统
蓄电池没有纳入监控系统， 蓄电池还剩余多少容 量不清楚。 1.5 传统铅酸蓄电池会对环境造成污染
摘 要： 通过对锂电池和传统阀控式密封铅酸蓄电池的分析，分别指出了 2 种电池的优缺点， 并给出了锂电池在通信行业中的应用案例和应用前景。
关键词： 锂电池；铅酸蓄电池；后备电源 中 图 分 类 号 ：TM 3 1 文 献 标 识 码 ：A 文章编号：1007- 3043（2011）03- 0073- 04
Keywords：
Lithium iron phos phate battery；Valve regulated lead acid battery；Res erve pow er
0 前言
传统的阀控式密封铅酸蓄电池以其成本低廉、技 术成熟、维护方便得到广泛应用，然而，随着无线通信 技术的不断发展和无线基站应用场景的复杂化，传统 的蓄电池逐步显现出体积大、对环境温度要求苛刻等 劣势。 磷酸铁锂电池由于具有体积小、重量轻，高温性 能突出，循环性能优异，可高倍率充、放电，绿色环保 等众多优点，更适用于环境温度高、机房面积及承重 小等恶劣的基站环境，在末端供电后备电池方面可作 为铅酸蓄电池的有效补充。
有毒的钴 有毒的钴
无毒
无毒
看出磷酸铁锂电池在循环使用寿命、安全性能、价格等 方面具有明显的优势。 3.1 高能量密度
能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能 量的大小。 电池的能量密度是指平均单位体积或质量 所释放出的电能。在相同体积下，锂离子电池的能量密 度是铅酸电池的 3~4 倍，是镍镉电池的 2.5 倍，是镍氢 电池的 1.8 倍，因此在电池容量相等的情况下，锂离子 电池就会比铅酸、镍镉、镍氢电池的体积更小，重量更 轻。相同容量的磷酸铁锂电池与铅酸电池相比，体积减 少 25%~30%，重量减少 50%~60%。 3.2 长寿命
74 2011/03/DTPT
阮 勇,吴 罡，滕 达 综 合
磷酸铁锂电池及其在通信行业中的应用 General
磷酸铁锂已经过严格的安全测试， 即使在剧烈碰撞中 也不会产生爆炸。
3.7 环保 磷酸铁锂材料不含任何重金属与稀有金属， 无毒
（SGS 认证通过），无论在生产及使用中均无污染，符合 欧洲 RoHS 规定，为绿色环保电池。 而铅酸电池中却存 在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍会对环境造 成二次污染。 3.8 无记忆效应
SDA10-4850-I 48
50 442×211×250 37.4 一体化系统
邮电设计技术/2011/03 75
综 合 阮 勇,吴 罡，滕 达
General 磷酸铁锂电池及其在通信行业中的应用
作为未来电池技术的重点发展方向。 2009 年 4 月 29 日 《通信用后备式锂离子电池组》 技术标准已正式发 布。 我国现在已有一些工厂生产锂铁电池正极材料及 不同容量的铁锂电池。未来铁锂电池将会更便宜，并且 其应用将更普遍，将是未来动力电池市场的主流。
7 结束语
目前锂电池已经在电动自行车、电动汽车、电动工 具等方面得到了较为广泛的应用。 但由于锂电池价格 较高、单体容量较小等缺点，在通信行业应用还较少。 然而，我们相信由于锂电池的众多优点，经过不断的研
究和技术革新， 锂电池必将成为划时代的后备电源设 备，从而在通信行业得到越来越多的应用，为通信设备 提供更好的后备保障。
传统的铅酸蓄电池在生产制造和使用后期， 如果 处理不当，会对环境造成污染。
2 锂电池的工作原理
锂电池的正极是锂的过度氧化物， 负极是石墨或 焦炭，电解质是锂盐和有机电解液，锂离子电池得名于 锂离子电池正极材料。 图 1 示出的是磷酸铁锂离子电 池的结构。
磷酸铁锂离子电池的工作原理为
充电
LiM1-xFexPO4+6C 放电 M1-xFexPO4+LiC6
Abstract：
It firs tly analyzes lithium iron phos phate battery and valve regulated lead acid battery，points out the advantages and dis advantages of the tw o types of battery. It finally gives s om e cas es on the application of lithium iron phos phate battery in telecom indus try and its pros pects .
属性 重 量 能 量 比 / （Wh/kg ） 体 积 能 量 比 / （Wh/L ） 百分之百放电次数 高温放电/充电性能 记忆效应 维护难度、安装、承重 污染程度
铅酸电池 30～45 60~90 约 300 次 温度超过 25 ℃ ，充放电能力急剧下降，寿命降低 记忆效应明显，寿命、带载能力下降明显 体积大，占用空间多，施工复杂，不易搬运和维护 含有铅、砷、汞、硫化物等 重污染及毒性物质
SDA10-4850
48
50 442×177×250 33.1 电池系统
SDA10-4805-I 48
5 442×44×240 6.5 一体化系统
SDA10-4810-I 48
10 442×44×300 9.8 一体化系统
SDA10-4840-I 48
40 442×211×250 32.2 一体化系统
综 合 阮 勇,吴 罡，滕 达
General 磷酸铁锂电池及其在通信行业中的应用
摆放铅酸蓄电池都需要经过加固处理。 这样一方面加 大了工程量，另一方面也加大了选址的难度（有些站点 的业主不愿意对机房进行改造）。 另外，目前通信设备 逐步向小型化、分散化的方向发展，末端设备的功耗越 来越小，要求后备电池的体积更小，重量更轻。 1.3 传统铅酸蓄电池的高倍率放电性能较差
可充电池经常处于充满不放完的条件下工作，容 量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像 镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池都存在记忆性，而磷酸 铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随 用，无须先放完电再充电。表 2 示出的是铅酸电池与磷 酸铁锂电池性能对照。
表 2 铅酸电池与磷酸铁锂电池性能对照
磷酸铁锂电池 110～190 250～500 >800 次[1] 温度超过 25 ℃ ，充放电能力基本一致 无记忆效应 体积小，质量轻， 施工简单，维护方便 不含重金属，安全环保， 再回收利用率高
4 铁锂电池的缺点
磷酸铁锂电池的成本虽然呈下降趋势， 但仍然相 对偏高，而且单体容量也有待进一步提升。 另外,磷酸 铁锂电池还没有经过长期实践验证， 还不宜在通信行 业中大范围推广，短期内很难形成产业优势。
图 2 示出的是磷酸铁锂电池放电曲线。 3.5 快速充电
可大电流 2C 快速充放电， 在专用充电器下，1.5C 充电 40 min 内即可将电池充满，启动电流可达 2C，而 铅酸电池现在无此性能。 3.6 安全
安全来自于正极材料的稳定性及可靠的安全性设 计， 磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患 问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸，而
工 作 电 压 范 围 /V
3.0~4.3
3.0~4.35 3.5~4.3 2.5~3.8
平 台 电 压 /V
3.6~3.7
3.6~3.7
3.7~3.8 3.2~3.3
材料加工性能
好
较高
中等
差
循环寿命/次
>500
>500
>300 >800
安全性能
差
较好
好
优
价格
高
较高
低
中等
高温性能
一般
一般
差
好
毒性/环保
1 目前后备电源面临的问题
1.1 传统铅酸蓄电池对环境温度要求比较高 目前室内宏基站的站址选择越来越难，室外一体
— —— —— —— —— —— —— —— —— —— 收 稿 日 期 ：2011-01-31
化基站开始大规模建设， 传统的铅酸蓄电池对环境温 度要求比较高的特点造成传统的铅酸蓄电池很难适应 室外高温等恶劣天气。 另外，除了铅酸蓄电池外，室内 宏基站的其他设备对环境温度的适应范围都比较宽， 机房空调就是为了给铅酸蓄电池提供适当的环境温 度。为了节能减排，目前已开发出蓄电池保温箱等蓄电 池专用的小型空调设备。 如果能找到一种对环境温度 要求不高的电池作为后备电源， 不仅能解决室外一体 化基站后备电源的问题，而且还能省掉机房专用空调， 这样既节省了工程初期购买空调的投资， 也节省了基 站运行时的大量电费开销。 1.2 传统铅酸蓄电池对机房面积和承重要求高
表 3 示出的是某蓄电池厂家的磷酸铁锂电池产品 资料。
目前浙江联通、北京联通、德阳电信、武汉电信、南 通电信、苏州移动、北京移动、合肥移动、苏州移动、南 京移动等运营商已开始试用。
6 铁锂电池的发展方向
燃料电池、钒电池等未来电池技术尚未成熟，锂电 池作为新一代电池技术的代表，已成功走向市场，开启 了规模化的商业应用。 国家“十二五”计划已将锂电池
表 3 某蓄电池厂家磷酸铁锂电池系列产品规格
规格型号
额定电 额定容 外形尺寸/
压/V 量/Ah
mm
重量/ kg
备注
SDA10-1205
12
ห้องสมุดไป่ตู้
5 139×124×32 1.1 电池系统
SDA10-4810
48
10 442×44×240 8.2 电池系统
SDA10-4840
48