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​磷酸铁锂电池工作原理和优势

2020-02-07

导读:本文主要介绍磷酸铁锂电池工作原理和优势。


目前动力电池主要包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池和三元锂电池。而磷酸铁锂电池支撑着中国锂离子电池材料产业的半壁江山,那磷酸铁锂电池的工作原理是怎么样的呢?


磷酸铁锂电池正极由橄榄石结构的 LiFePO4 组成,负极由石墨组成,中间是聚烯烃PP/PE/PP 隔膜,用于隔离正负极、阻止电子而允许锂离子通过。


充电时锂离子从正极脱嵌经过电解质进入负极,同时电子从外电路由正极向负极移动,以保证正负极的电荷平衡,放电时锂离子从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极。这一微观结构使得磷酸铁锂电池具有了较好的电压平台和较长的使用寿命:电池的充放电过程中,其正极在斜方晶系的 LiFePO4和六方晶系的 FePO4两相之间转变,由于 FePO4和 LiFePO4在 200℃以下以固熔体形式共存,在充放电过程中没有明显的两相转折点,因此,磷酸铁锂电池的充放电电压平台长且平稳;另外,在充电过程完成后,正极 FePO4 的体积相对 LiFePO4 仅减少 6.81%,而充电过程中碳负极体积轻微膨胀,起到了调节体积变化、支撑内部结构的作用,因此,磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性,具有较长的循环寿命。


格瑞普磷酸铁锂电池


那磷酸铁锂电池有什么优势呢?


磷酸铁锂电池凭借其低价及强安全性赢得了众多厂家的信任。锂离子电池中正极材料占整个电池成本的 40%以上,且当前的技术条件下,整体电池的能量密度主要取决于正极材料,所以正极材料是锂离子电池的核心开发、研究的材料,目前成熟应用的正极材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂及锰酸锂。


钴酸锂


有层状结构和尖晶石结构,一般常用层状结构,其理论容量为 270mAh/g左右,层状结构钴酸锂主要应用在手机、航模、车模、电子烟、智能穿戴等数码产品上。当前钴酸锂的能量密度和压实密度已基本到极限,其比容量与理论容量相比还是有较大的提升空间,但是由于当前整体的化学体系限制,尤其是电解液在高电压的体系下很容易分解,故进一步通过提升充电截止电压提升比容量的方法受到了一定的限制,后续一旦电解液技术得到突破,其能量密度还会有提升的空间。


镍钴锰酸锂


一般具有绿色环保、成本低(成本仅相当于钴酸锂的 2/3)、安全性好(安全工作温度可达 170℃)、循环使用寿命长(延长 45%)的优势。当前对单晶化镍钴锰酸锂研究主要通过不断的提升镍含量,提升充电截止电压,来进一步的提升产品的能量密度,但这对电解液等相关配套材料以及锂离子电池制造厂商的技术能力提出了更高的要求。


锰酸锂


有尖晶石结构和层状结构,一般常用尖晶石结构的。理论容量 148 mAh/g,实际容量在 100~120mAh/g 之间,具有容量发挥较好、结构稳定、低温性能优越和成本低廉等特点。但是其晶体结构容易畸变,造成容量衰减,循环寿命短。主要应用于一些对安全性要求较高,成本要求高,但对能量密度和循环要求较低的市场。如小型通讯设备、充电宝、电动工具和电动自行车、特殊场景(如煤矿)。


磷酸铁锂


一般具有稳定的橄榄石骨架结构,放电容量可以达到理论放电容量的95%以上,安全性能优异,对于过充的承受力很好,循环寿命长,并且价格低廉。但其能量密度限制难以解决,而电动汽车用户却不断提升续航需求。


磷酸铁锂正极材料在应用的时候体现了良好的热稳定性能、安全可靠性、低碳环保性,是大型电池模块的首选正极材料。但是磷酸铁锂正极材料的堆积密度较低、体积能量密度不高、应用范围有限。针对磷酸铁锂正极材料的应用局限,相关人员可以通过在其中掺杂高价金属阳离子、表面包覆导电材料的方法来提升这种材料的电导率。经过一段时间的发展,磷酸铁锂正极材料逐渐发展成熟,被人们广泛的应用在多个领域,比如电动汽车领域、电动自行车领域、移动电源设备、储能电源领域等。


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以上就是磷酸铁锂电池厂家格瑞普为大家带来的磷酸铁锂电池工作原理和优势介绍。


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