磷酸铁锂离子电池充放电原理和特点

2021-01-25      1065 次浏览

磷酸铁锂离子电池充放电原理


磷酸铁锂离子电池在充电时,正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中,负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。


1.电池充电时


Li+从磷酸铁锂晶体的010面迁移到晶体表面,在电场力的用途下,进入电解液,穿过隔膜,再经电解液迁移到石墨晶体的表面,然后嵌入石墨晶格中。与此同时,电子经导电体流向正极的铝箔集电极,经极耳、电池极柱、外电路、负极极柱、负极耳流向负极的铜箔集流体,再经导电体流到石墨负极,使负极的电荷达至平衡。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后,磷酸铁锂转化成磷酸铁。


2.电池放电时


Li+从石墨晶体中脱嵌出来,进入电解液,穿过隔膜,再经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面,然后重新经010面嵌入到磷酸铁锂的晶格内。与此同时,电池经导电体流向负极的铜箔集电极,经极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体,再经导电体流到磷酸铁锂正极,使正极的电荷达至平衡。


从磷酸铁锂离子电池的工作原理可知,磷酸铁锂离子电池的充放电过程要锂离子和电子的共同参与,而且锂离子的迁移速度与电子的迁移速度要达至平衡。这就要求锂离子电池的正负电极必须是离子和电子的混合导体,而且其离子导电能力和电子导电能力必须一致。但是众所周知,磷酸铁锂的导电性能很差。而石墨负极的导电性虽然要好一些,但是要实现大倍率放电时,仍然要改善负极的导电性,使其的电子导电能力与锂离子从石墨中脱嵌的能力达至平衡。


磷酸铁锂离子电池的特点


1、效率输出:标准放电为2~5C、持续高电流放电可达10C,瞬间脉冲放电(10S)可达20C;


2、温时性能良好:外部温度65℃时内部温度则高达95℃,电池放电结束时温度可达160℃。


3、磷酸铁锂离子电池的安全性,有一定的改善,但不彻底,还有危险性。


4、好的循环寿命,经500次循环,其放电容量仍大于95%;常温1C充放电,单体经2000次循环后容量仍大于80%;


5、无记忆效应,磷酸铁锂离子电池无此现象,电池无论处于什么状态,可随充随用,无须先放完再充电;


6、磷酸铁锂离子电池可实现快速充电;


7、磷酸铁锂离子电池能量密度高:标称电压为3.2V,能量密度是铅酸电池的4倍左右,体积小、重量轻;


8、磷酸铁锂离子电池环境无污染。


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