磷酸铁锂电池的结构和工作原理
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磷酸铁锂电池原理和特点
1、磷酸铁锂电池的结构和工作原理
电池一般包括:正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、密封圈、PTC(正温度控制端子)、电池壳等。
其中正极材料、负极材料、电解质以及隔膜的不同或者工艺的不同,对电池的性能和价格有着决定性的影响。
通常所称的锂电池,是以各种含锂材料为正极材料的电池,目前市场上的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4),另外还有少数采用镍酸锂(LiNiO2)以及二元/三元聚合物作正极材料的锂离子电池。
磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂(LiFePO4,简称LFP)材料作电池正极的锂离子电池,其内部结构如图一所示:左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极,由铝箔与电池正极连接,中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过,右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。
电池的上下端之间是电池的电解质,电池由金属外壳、铝塑复合膜或塑料壳密闭封装。
LiFePO4电池的工作原理是:电池充电时,正极材料中的锂离子脱出来,经过电解液,穿过隔膜进入到负极材料中;电池放电时,锂离子又从负极中脱出来,经过电解液,穿过隔膜回到正极材料中。
(注:锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的,所以锂离子电池又称“摇椅电池”)
2、磷酸铁锂电池的性能与特点
2.1 磷酸铁锂电池的优势
一、超长寿命:长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右,最高也就500次,而磷酸铁锂动力电池在室温下1C充放电循环2000次,容量保持率80%以上;是铅酸电池5倍,镍氢电池的4倍,是钴酸锂电池4倍,是锰酸锂电池4-5倍左右。
二、安全性高:磷酸根化学键的结合力比传统的过渡金属氧化物结构化学键强,所以结构更加稳定,并且不易释放氧气。
磷酸铁锂电池在高温下的稳定性可达400以上,保证了电池内在的高安全性;不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。
三、环保且不需要稀有金属:磷酸铁锂电池不含任何(锂之外)重金属或者稀有金属,无毒(SGS认证通过),无污染,符合欧洲RoHS规定,为环保电池。
四、充电速度快,自放电少,无记忆效应:磷酸铁锂电池可大电流2C快速充放电,在
专用充电器下,2C充电30分钟内即可使电池充满95%,起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。
五、体积小,重量轻:商品设计可轻量化,体积是相同容量铅酸电池的2/3,也较镍氢电池体积小;重量是相同容量铅酸电池的1/3,镍氢电池的2/3左右;
六、电池单体电压高,放电平台稳定:为 3.2V,串联少,电池组可靠性高;电池组可靠性高,可作大电流高功率充放电高倍率放电特性:10C充放电效率达到96%以上,容量保持率90%以上,可实现10C放电.。