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LiFePO4的充放电机理

时间:2014-8-19 9:20:11来源:本站原创浏览次数:
    根据Padhi等人的研究:LiFePO4充放电反应是在LiFePO4和FePO4两相间进行的。充电时,LiFePO4中的Li+脱嵌出来转变为FePO4;放电时,Li+嵌入到FePO4中形成LiFePO4。其充
放电反应如下:
    充电反应:LiFePO4-x Li+ - x e- → x FePO4+(1-x) LiFePO4
    放电反应:FePO4 + x Li+ + x e- → x LiFePO4 + (1-x) FePO4
    在LiFePO4充放电过程中,晶体中P043-的存在限制了Li+的移动空间范围,使得Li+的脱嵌只能是二维的移动过程。因此LiFePO4的电子电导率、离子扩散率都比较低,在大电流充放电时容量损失较大。针对这种现象,研究者提出了不同的假设来进行解释。Padhi等认为在LiFePO4充放电过程中单位界面而积的Li+传输速度是固定的,界面由颗粒外部向内部移动,面积不断缩小。当所有界面面积之和不足以支持放电电流时放电终止。放电电流越大,可嵌入LiFePO4颗粒中的Li+浓度就越小,LiFePO4的容虽损失就越严重。
    Andersson等认为与Li+的脱嵌机理有关。给出了2种可能的Li+脱嵌模型:1)半径模型,大颗粒中心部位的活性物质没有参加反应从而造成容量损失。2)马赛克模型,在充放电过程中形成分散于颗粒中的许多不活跃区域,而且在这些区域的表面形成的无定形膜,阻止它们在以后的循环中参加反应,从而造成容量损失。Wang等认为在Li+脱嵌过程中,LiFePO4沿着b轴方向伸展,最终张力过大导致晶体结构发生形变而出现裂缝。裂缝的出现导致极化加剧,而且不利于颗粒与导电剂或集流体间电子接触,从而造成容量损失。
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