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磷酸铁锂电池

时间:2012-8-18 11:44:54来源:本站原创浏览次数:
   磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂LiFePO4作为正极材料的锂离子电池

目录
磷酸铁锂材料特点与其发展简史
磷酸铁锂电池的结构与工作原理
磷酸铁锂电池的性能特点

1.磷酸铁锂材料特点与其发展简史

自1997年A. K. Padhi首次报道磷酸铁锂具有脱嵌锂功能,可被用作锂离子电池正极材料以来,引起了广泛关注和大量研究。LiFePO4晶体属橄榄石型结构,具有170mAh/g的理论容量和3.2V左右的对锂充放电电压平台,其电化学反应在LiFePO4和FePO4两相间进行。由于该材料本身导电性较差,故使用时需往磷酸铁锂颗粒内部掺人导电碳材料或导电金属微粒。如往磷酸铁锂颗粒表面包毅导电碳材料,提高材料的电子电导率;或掺杂金属离子来提高导电性。添加了导电剂后的磷酸铁锂材料应为LiFePO4/C的复合材料。磷酸铁锂LiFePO4与传统的LiCoO2, LiNiO2 , LUMnO2和LiMn2O4等正极材料相比,制备LiFePO4的原料来源广泛、价格低廉、对环境友好,用作正极材料时具有良好的电化学性能,充放电平台十分平稳,充放电过程结构稳定,并且该材料还具有无毒、无污染、安全性能好、可在高溢环境下使用等优点,被认为是动力锂离子电池的理想正极材料。为此磷酸铁锂电池于2002年成为锂离子电池家族的新成员后,特别是在动力驭动方面的优势,被当前电池界与汽车业竞相开发研究并成为了人们关注的热点。下面把锂电池的几种典型正极材料的特性比较列于表1-1。

锂电池材料列表对比
                                    表1-1锂电池的几种典型正极材料的特性比较

2.磷酸铁锂电池的结构与工作原理

磷酸铁锂电池的内部结构如图1-2所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极,由铝箱与电池正极连接;中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,锂离子可以通过隔膜而电子不能通过;右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由钢箱与电池的负极连接。电池的上下端之间是电解质,用金属外壳密闭封装。充
电时,正极中的理离子通过聚合物隔膜向负极迁移;放电时,负极中的锂离子通过隔膜向正极迁移。


磷酸铁锂电池内部结构图
                                        图1-2 磷酸铁锂电池内部结构图

3.磷酸铁锂电池的性能特点

关于磷酸铁锂电池性能特点池能锂电部网有专页介绍:www.18650.com.cn/lifepo4.htm ,它的标称电压3.2V、终止充电电压3.6V、终止放电电压2.OV。由于目前磷酸铁锂电池还处于行业的萌芽阶段,各生产厂家所采用的正、负极和电解质的材料质量及其工艺不同,即使同一型号的电池其性能也有差别。磷酸铁锂电池的优点主要有:
1)安全性好。即使电池内部或外部受损,电池也不会嫩烧或爆炸。这有助于汽车行驶中发生碰撞等交通事故时的消除安全隐患和避免扩大损失。
2)成本低。由于磷酸铁锂的资源磷酸、铁、锂都很丰富,材料易得,所以随着制造工艺等技术的进-步成熟,其价格有望大幅下降。
3)循环寿命长。经500次循环,其放电容量仍大于95%,最高循环寿命可达2000次。
4)充放电特性好。可大电流快速充放电,在专用充电器下,1.5C充电40min即可使电池充满,短时放电电流可达2一10C,瞬间(10s)脉冲放电可达20C,过放电到0v也不会损坏,充放电无记忆效应,并在一定的亏电存放条件下,仍能保持较好的电池性能。
    5)环保性好。磷酸铁锂电池的所有原料都无毒,使得整个生产过程清沽无毒,即生产与使用对环境均无污染。
    6)温度特性好。适于常温下使用,耐高温,即使溢度升至160℃,电池的结构仍安全、完好。
磷酸铁锂电池的主要缺点是振实密度较低,一般只能达到1. 3~1.5g/cm3。低的振实密度使得比表面积很大,体积也较大,因此,磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。由于目前还处于研发、使用初期,对电池生产中的制浆、拉浆、辊轧等一些特殊处理工序需加强产业化改进。工艺的成熟必将使批量生产的性价比大幅提高。
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