鉅大LARGE | 點擊量:1893次 | 2021年03月18日
磷酸鐵鋰離子電池的結(jié)構(gòu)是怎么樣的?它有什么方面的性能?
磷酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)
磷酸鐵鋰(LiFePO4)具有橄欖石結(jié)構(gòu),為稍微扭曲的六方密堆積,其空間群是Pmnb型,晶型結(jié)構(gòu)
LiFePO4由FeO6八面體和PO4四面體構(gòu)成空間骨架,P占據(jù)四面體位置,而Fe和Li則填充在八面體空隙中,其中Fe占據(jù)共角的八面體位置,Li則占據(jù)共邊的八面體位置。晶格一個FeO6八面體與兩個FeO6八面體和一個PO4四面體共邊,而PO4四面體則與一個FeO6八面體和兩個LiO6八面體共邊。由于近乎六方堆積的氧原子的緊密排列,使得鋰離子只能在二維平面上進行脫嵌,也因此具有了相對較高的理論密度(3.6g/cm3)。在此結(jié)構(gòu)中,F(xiàn)e2+/Fe3+相對金屬鋰的電壓為3.4V,材料的理論比容量為170mAh/g。在材料中形成較強的P-O-M共價鍵,極大地穩(wěn)定了材料的晶體結(jié)構(gòu),從而導致材料具有很高的熱穩(wěn)定性。
Wang等對LiFePO4的電化學性能做了詳細的分析,圖2.2是LiFePO4的循環(huán)載荷伏安圖,在C-V圖中形成兩個峰,在陽極掃描時Li+從LixFePO4結(jié)構(gòu)中脫出,在3.52V形成氧化峰;當在4.0~3.0掃描時Li+嵌入到LixFePO4結(jié)構(gòu)中,相應(yīng)的在3.32V形成還原峰;C-V曲線中的氧化還原峰表明在LiFePO4電極上發(fā)生著可逆的鋰離子嵌脫反應(yīng)。
磷酸鐵鋰的性能
1)高能量密度
其理論比容量為170mAh/g,產(chǎn)品實際比容量可超過140mAh/g(0.2C,25C);
2)安全性
是目前最安全的鋰離子電池正極材料;不含任何對人體有害的重金屬元素;
3)壽命長
在100%DOD條件下,可以充放電2000次以上;(原因:磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)定性好,鋰離子的嵌入和脫出對晶格的影響不大,故而具有良好的可逆性。存在的不足是電極離子傳導率差,不適宜大電流的充放電,在應(yīng)用方面受阻。解決方法:在電極表面包覆導電材料、摻雜進行電極改性。)
磷酸鐵鋰離子電池的使用壽命與其使用溫度息息相關(guān),使用溫度過低或者過高在其充放電過程及使用過程均出現(xiàn)極大不良隱患。尤其在我國北方電動汽車上使用,在秋冬季磷酸鐵鋰離子電池無法正常供電或供電電源過低,需調(diào)節(jié)其工作環(huán)境溫度保持其性能。目前,國內(nèi)解決磷酸鐵鋰離子電池恒溫工作環(huán)境需考慮空間限制問題,較普遍的解決方法是使用氣凝膠氈作為保溫層。