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磷酸鐵鋰電池工作原理結(jié)構(gòu)

磷酸鐵鋰電池工作原理結(jié)構(gòu)

發(fā)布人:Jay 發(fā)布時(shí)間:2021-08-14 瀏覽次數(shù):10296

磷酸鐵鋰電池在充電時(shí),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。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時(shí)來回遷移而命名的。

磷酸鐵鋰電池工作原理結(jié)構(gòu)

1、電池充電時(shí):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(shí),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,其晶格結(jié)構(gòu)變化如下圖。

2、電池放電時(shí):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(shí),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(shí)現(xiàn)大倍率放電時(shí),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。

磷酸鐵鋰電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

1、正極:橄欖石(olivine)結(jié)構(gòu)的LiFePO,作為電池的正極;由鋁箱(aluminium foil)與電池正極連接,

2、負(fù)極:由碳(carbon)(石墨graphite)組成電池負(fù)極;由銅箱(copper foil)與電池的負(fù)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、四弗硼酸鋰等。

5、電解液: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。

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