磷酸鐵鋰動力電池特性及應(yīng)用
自鋰離子電池問世以來,圍繞它的研究、開發(fā)工作一直不斷地進(jìn)行著,上世紀(jì)90年代末又開發(fā)出鋰聚合物電池,2002年后則推出磷酸鐵鋰動力電池。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/180460.htm鋰離子電池內(nèi)部主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)及隔膜組成。正、負(fù)極及電解質(zhì)材料不同及工藝上的差異使電池有不同的性能,并且有不同的名稱。目前市場上的鋰離子電池正極材料主要是氧化鈷鋰(LiCoO2),另外還有少數(shù)采用氧化錳鋰(LiMn2O4)及氧化鎳鋰(LiNiO2)作正極材料的鋰離子電池,一般將后兩種正極材料的鋰離子電池稱為“鋰錳電池”及“鋰鎳電池”。新開發(fā)的磷酸鐵鋰動力電池是用磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料作電池正極的鋰離子電池,它是鋰離子電池家族的新成員。
一般鋰離子電池的電解質(zhì)是液體的,后來開發(fā)出固態(tài)及凝膠型聚合物電解質(zhì),則稱這種鋰離子電池為鋰聚合物電池,其性能優(yōu)于液體電解質(zhì)的鋰離子電池。
磷酸鐵鋰電池的全名應(yīng)是磷酸鐵鋰鋰離子電池,這名字太長,簡稱為磷酸鐵鋰電池。由于它的性能特別適于作動力方面的應(yīng)用,則在名稱中加入“動力”兩字,即磷酸鐵鋰動力電池。也有人把它稱為“鋰鐵(LiFe)動力電池”。
采用LiFePO4材料作正極的意義
目前用作鋰離子電池的正極材料主要有:LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。這些組成電池正極材料的金屬元素中,鈷(Co)最貴,并且存儲量不多,鎳(Ni)、錳(Mn)較便宜,而鐵(Fe)最便宜。正極材料的價(jià)格也與這些金屬的價(jià)格行情一致。因此,采用 LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應(yīng)是最便宜的。它的另一個特點(diǎn)是對環(huán)境無污染。
作為可充電電池的要求是:容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環(huán)性能、輸出電壓穩(wěn)定、能大電流充放電、電化學(xué)穩(wěn)定性能、使用中安全(不會因過充電、過放電及短路等操作不當(dāng)而引起燃燒或爆炸)、工作溫度范圍寬、無毒或少毒、對環(huán)境無污染。采用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰電池在這些性能要求上都不錯,特別在大放電率放電(5~10C放電)、放電電壓平穩(wěn)上、安全上(不燃燒、不爆炸)、壽命上(循環(huán)次數(shù))、對環(huán)境無污染上,它是最好的,是目前最好的大電流輸出動力電池。
LiFePO4電池的結(jié)構(gòu)與工作原理
LiFePO4電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極,由鋁箔與電池正極連接,中間是聚合物的隔膜,它把正極與負(fù)極隔開,但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過,右邊是由碳(石墨)組成的電池負(fù)極,由銅箔與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì),電池由金屬外殼密閉封裝。
圖1 LiFePO4電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)
LiFePO4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。
LiFePO4電池主要性能
LiFePO4電池的標(biāo)稱電壓是3.2 V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。由于各個生產(chǎn)廠家采用的正、負(fù)極材料、電解質(zhì)材料的質(zhì)量及工藝不同,其性能上會有些差異。例如同一種型號(同一種封裝的標(biāo)準(zhǔn)電池),其電池的容量有較大差別(10%~20%)。
磷酸鐵鋰動力電池主要性能列于表1。為了與其他可充電電池的相比較,也在表中列出其他種類可充電電池性能。這里要說明的是,不同工廠生產(chǎn)的磷酸鐵鋰動力電池在各項(xiàng)性能參數(shù)上會有一些差別;另外,有一些電池性能未列入,如電池內(nèi)阻、自放電率、充放電溫度等。
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