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化工原料常见问题

何为磷酸铁锂电池

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  磷酸铁锂电池和传统的锂离子电池比较,具有什么样的性能?对电动车有什么益处?


  这篇文章就从电化学角度出发,介绍磷酸铁锂动力电池的原理及特点。


  磷酸铁锂的理论比容量为170mAh/g,具有3.5V电压平台,充放电平台十分平稳,充放电过程中结构稳定。


  同时这种材料还具有无毒、无污染、安全性能良好、能在高温环境中使用以及原材料来源广等特点,早已成为电池界争相开发和研究的重点对象。


  近年来随着科研人员对磷酸铁锂结构、合成和充放电机制的深入研究以及开发,使磷酸铁锂已成为锂电池的最为主要正极材料。


  LiFePO4的充放电示意图

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  由于磷酸铁锂的氧原子都是通过强共价键的磷形成稳定的磷酸离子基团,所以晶格中的氧不易丢失,铁离子/亚铁离子的反键结构也能稳定。在通常条件下并不因锂深度脱嵌分解放出氧,使材料安全性良好。


  此外,磷酸铁锂在充放电过程中的体积变化较小,数据在6%左右。这一变化恰好与充放电过程中碳负极所发生的体积变化相抵消,磷酸铁锂与有机电解质的反应活性较低。


  因此,采用磷酸铁锂作为正极材料的锂电池循环可逆性能良好,其表现为磷酸铁锂正极循环次数大大高于三元锂等正极材料。


  磷酸铁锂电池构造如上图所示。左侧为橄榄石结构磷酸铁锂材料制成正极并通过铝箔接电池正极。右侧为电池负极为碳,通过铜箔和电池负极相连。中间为聚合物隔膜,将正极和负极分隔开来,锂离子可穿过隔膜,电子则无法穿过。电池内填充电解质并通过金属外壳将电池封闭包裹。


  磷酸铁锂电池充放电反应其实就是是磷酸铁锂与磷酸铁互相反应。充电时磷酸铁锂从锂离子中逐渐分离出来形成磷酸铁,放电时锂离子嵌入磷酸铁中形成磷酸铁锂。


  磷酸铁锂内的三维网状橄榄石结构构成了一维锂离子传输通道制约了锂离子扩散。同时八面体FeO6共顶连接,造成电子迁移率慢于三元锂等其他正极材料,其体现为充放电效率较为低下。

  


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