磷酸鐵鋰電池充放電原理和特點

來源：存能電氣  日期：2019-09-29 13:58  瀏覽量：次

　　磷酸鐵鋰電池充放電原理和特點。磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。磷酸鐵鋰電池具有高效率輸出、可快速充電、對環(huán)境無污染等優(yōu)點，磷酸鐵鋰晶體化學(xué)性能穩(wěn)定，實際使用中，即使在充電過時或者高溫等情況下也不會發(fā)燙或爆炸。

　　磷酸鐵鋰電池充放電原理

　　磷酸鐵鋰電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負(fù)極遷移；在放電過程中，負(fù)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(jìn)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(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。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)化成磷酸鐵。

　　2.電池放電時

　　Li+從石墨晶體中脫嵌出來，進(jìn)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(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。但是眾所周知，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，但是要實現(xiàn)大倍率放電時，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。

　　磷酸鐵鋰電池的特點

　　1、效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C；

　　2、溫時性能良好：外部溫度65℃時內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時溫度可達(dá)160℃。

　　3、磷酸鐵鋰電池的安全性，有一定的改善，但不徹底，還有危險性。

　　4、好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；常溫1C充放電，單體經(jīng)2000次循環(huán)后容量仍大于80%；

　　5、無記憶效應(yīng)，磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象,電池?zé)o論處于什么狀態(tài),可隨充隨用,無須先放完再充電；

　　6、磷酸鐵鋰電池可實現(xiàn)快速充電；

　　7、磷酸鐵鋰電池能量密度高：標(biāo)稱電壓為3.2V，能量密度是鉛酸電池的4倍左右，體積小、重量輕；

　　8、磷酸鐵鋰電池環(huán)境無污染。

　　以上就是磷酸鐵鋰電池充放電原理和特點。磷酸鐵鋰電池的充放電反應(yīng)是在LiFePO4和FePO4兩相之間進(jìn)行。在充電過程中，LiFePO4逐漸脫離出鋰離子形成FePO4，在放電過程中，鋰離子嵌入FePO4形成LiFePO4。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(dá)至平衡。