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磷酸鐵鋰電池的工作原理詳解

發(fā)布時(shí)間:2021-10-08    作者:    瀏覽數(shù):2859

      磷酸鐵鋰電池是一種使用磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為正極材料,碳作為負(fù)極材料的鋰離子電池,單體額定電壓為3.2V,充電截止電壓為3.6V~3.65V。磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好、自放電率小、無(wú)記憶效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。


磷酸鐵鋰電池的組成

       上邊是橄欖石(olivine)結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極,由鋁箔(aluminium foil)與電池正極連接,左邊是聚合物(polymer)的隔膜(diaphragm),它把正極與負(fù)極隔開(kāi),但鋰離子Li 可以通過(guò)而電子e-不能通過(guò),右邊是由碳(carbon)(石墨graphite)組成的電池負(fù)極,由銅箔(copper foil)與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì)(electrolyte),電池由金屬外殼密閉封裝。


磷酸鐵鋰電池工作原理

       磷酸鐵鋰電池電池在充電時(shí),正極中的鋰離子Li 通過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移;在放電過(guò)程中,負(fù)極中的鋰離子Li 通過(guò)隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時(shí)來(lái)回遷移而命名的。

        1、電池充電時(shí),Li 從磷酸鐵鋰晶體的010面遷移到晶體表面,在電場(chǎng)力的作用下,進(jìn)入電解液,穿過(guò)隔膜,再經(jīng)電解液遷移到石墨晶體的表面,然后嵌入石墨晶格中。與此同時(shí),電子經(jīng)導(dǎo)電體流向正極的鋁箔集電極,經(jīng)極耳、電池極柱、外電路、負(fù)極極柱、負(fù)極耳流向負(fù)極的銅箔集流體,再經(jīng)導(dǎo)電體流到石墨負(fù)極,使負(fù)極的電荷達(dá)至平衡。

       2、電池放電時(shí),Li 從石墨晶體中脫嵌出來(lái),進(jìn)入電解液,穿過(guò)隔膜,再經(jīng)電解液遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面,然后重新經(jīng)010面嵌入到磷酸鐵鋰的晶格內(nèi)。與此同時(shí),電池經(jīng)導(dǎo)電體流向負(fù)極的銅箔集電極,經(jīng)極耳、電池負(fù)極柱、外電路、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔集流體,再經(jīng)導(dǎo)電體流到磷酸鐵鋰正極,使正極的電荷達(dá)至平衡。

       從磷酸鐵鋰電池的工作原理可知,磷酸鐵鋰電池的充放電過(guò)程需要鋰離子和電子的共同參與,而且鋰離子的遷移速度與電子的遷移速度要達(dá)至平衡。這就要求鋰離子電池的正負(fù)電極必須是離子和電子的混合導(dǎo)體,而且其離子導(dǎo)電能力和電子導(dǎo)電能力必須一致。但是,磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能很差。而石墨負(fù)極的導(dǎo)電性雖然要好一些,但是要實(shí)現(xiàn)大倍率放電時(shí),仍然需要改善負(fù)極的導(dǎo)電性,使其的電子導(dǎo)電能力與鋰離子從石墨中脫嵌的能力達(dá)至平衡。

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