鉅大LARGE | 點擊量:1568次 | 2019年02月14日
磷酸鐵鋰電池的工作原理及結(jié)構(gòu)特點
LiFeP04電池在充電時,正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移;在放電過程中,負極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的。
1.電池充電時
Li+從磷酸鐵鋰晶體的010面遷移到晶體表面,在電場力的作用下,進入電解液,穿過隔膜,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,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、負極極柱、負極耳流向負極的銅箔集流體,再經(jīng)導(dǎo)電體流到石墨負極,使負極的電荷達至平衡。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后,磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)化成磷酸鐵,其晶格結(jié)構(gòu)變化如上圖-2。
2.電池放電時
Li+從石墨晶體中脫嵌出來,進入電解液,穿過隔膜,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,電池經(jīng)導(dǎo)電體流向負極的銅箔集電極,經(jīng)極耳、電池負極柱、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,使正極的電荷達至平衡。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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至平衡。這就要求鋰離子電池的正負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。但是眾所周知,磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能很差。而石墨負極的導(dǎo)電性雖然要好一些,但是要實現(xiàn)大倍率放電時,仍然需要改善負極的導(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至平衡。
磷酸鐵鋰電池的結(jié)構(gòu)特點
1.正極
橄欖石(olivine)結(jié)構(gòu)的lifepo4作為電池的正極;由鋁箔(aluminiumfoil)與電池正極連接。
2.負極
由碳(carbon)(石墨graphite)組成電池負極;由銅箔(copperfoil)與電池的負極連接。
3.隔膜(diaphragm)
為聚合物(polymer)材料。
4.電解質(zhì)(electrolyte)
如六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰等。
5.電解液
包含:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、丁酸乙酯、氟代碳酸乙烯酯、雙草酸硼酸酯鋰、六氟磷酸鋰。
6.另外還有絕緣材料、安全閥、密封圈、外殼等。