鉅大LARGE | 點擊量:7476次 | 2021年05月12日
磷酸鐵鋰電池充放電原理和特點
磷酸鐵鋰離子電池充放電原理和特點。磷酸鐵鋰離子電池,是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。磷酸鐵鋰離子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。
磷酸鐵鋰離子電池充放電原理
磷酸鐵鋰離子電池在充電時,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,在電場力的用途下,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。
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%
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。
從磷酸鐵鋰離子電池的工作原理可知,磷酸鐵鋰離子電池的充放電過程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。
磷酸鐵鋰離子電池的特點
1、效率輸出:標(biāo)準(zhǔn)放電為2~5C、持續(xù)高電流放電可達10C,瞬間脈沖放電(10S)可達20C;
2、溫時性能良好:外部溫度65℃時內(nèi)部溫度則高達95℃,電池放電結(jié)束時溫度可達160℃。
3、磷酸鐵鋰離子電池的安全性,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),磷酸鐵鋰離子電池?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、磷酸鐵鋰離子電池可實現(xiàn)快速充電;
7、磷酸鐵鋰離子電池能量密度高: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、磷酸鐵鋰離子電池環(huán)境無污染。
以上就是磷酸鐵鋰離子電池充放電原理和特點。磷酸鐵鋰離子電池的充放電反應(yīng)是在LiFePO4和FePO4兩相之間進行。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。從磷酸鐵鋰離子電池的工作原理可知,磷酸鐵鋰離子電池的充放電過程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。