【智享新動力●文檔分享】磷酸鐵鋰動力電池設計知識詳解

宋洋sy 2020-02-24

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來源：廉玉波（比亞迪）

智享新動力

在LiFePO4的晶體結構中，氧原子呈六方緊密堆積排列。PO4四面體和FeO6八面體構成晶體的空間骨架，Li和Fe占據八面體空隙，而P占據四面體空隙，其中Fe占據八面體的共角位置，Li占據八面體的共邊位置。FeO6八面體在晶體的bc面上相互連接，b軸方向上的LiO6八面體結構相互連接成鏈狀結構。1個FeO6八面體與2個LiO6八面體和1個PO4四面體共棱。

由于FeO6共邊八面體網絡不連續(xù)，致使不能形成電子導電；同時，PO4四面體限制了晶格的體積變化，影響了Li+的脫嵌和電子擴散，導致LiFPO4正極材料電子導電率和離子擴散效率極低。

LiFePO4電池的理論比容量較高（約為170mAh/g），放電平臺是3.4V。Li+在正負兩極之間往返脫－嵌實現充放電，充電時發(fā)生氧化反應，Li+從正極遷出，經電解液嵌入負極，鐵從Fe2+變成Fe3+，發(fā)生氧化反應。

磷酸鐵鋰電池左邊是橄欖石結構的LiFePO4材料構成的正極，由鋁箔與電池正極連接。右邊是由碳（石墨）組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連接。中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，鋰離子可以通過隔膜而電子不能通過隔膜。電池內部充有電解質，電池由金屬外殼密閉封裝。

磷酸鐵鋰電池的充放電反應是在LiFePO4和FePO4兩相之間進行。在充電過程中，LiFePO4逐漸脫離出鋰離子形成FePO4，在放電過程中，鋰離子嵌入FePO4形成LiFePO4。

電池充電時，鋰離子從磷酸鐵鋰晶體遷移到晶體表面，在電場力的作用下，進入電解液，然后穿過隔膜，再經電解液遷移到石墨晶體的表面，而后嵌入石墨晶格中。

與此同時，電子經導電體流向正極的鋁箔集電極，經極耳、電池正極柱、外電路、負極極柱、負極極耳流向電池負極的銅箔集流體，再經導電體流到石墨負極，使負極的電荷達至平衡。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉化成磷酸鐵。

電池放電時，鋰離子從石墨晶體中脫嵌出來，進入電解液，然后穿過隔膜，經電解液遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后重新嵌入到磷酸鐵鋰的晶格內。

與此同時，電子經導電體流向負極的銅箔集電極，經極耳、電池負極柱、外電路、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔集流體，再經導電體流到磷酸鐵鋰正極，使正極的電荷達至平衡。鋰離子嵌入到磷酸鐵晶體后，磷酸鐵轉化為磷酸鐵鋰。

磷酸鐵鋰電池的特點

1.能量密度較高

據報道，2018年量產的方形鋁殼磷酸鐵鋰電池單體能量密度在160Wh/kg 左右，2019年一些優(yōu)秀的電池廠家大概能做到175-180Wh/kg的水平，個別厲害的廠家采用疊片工藝、容量做得大些，或能做到185Wh/kg。

2.安全性能好

磷酸鐵鋰電池正極材料電化學性能比較穩(wěn)定，這決定了它具有著平穩(wěn)的充放電平臺，因此，在充放電過程中電池的結構不會發(fā)生變化，不會燃燒爆炸，并且即使在短路、過充、擠壓、針刺等特殊條件下，仍然是非常安全的。

3.循環(huán)壽命長

磷酸鐵鋰電池1C循環(huán)壽命普遍達2000次，甚至達到3500次以上，而對于儲能市場要求達到4000-5000次以上，保證8-10年的使用壽命，高于三元電池1000多次的循環(huán)壽命，而長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右。

4.安全環(huán)保

磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬和稀有金屬，安全，無毒無污染，為絕對的綠色環(huán)保電池。由于磷酸鐵鋰材料整個生產過程中，清潔無毒，所有的原材料均為無毒無污染。

2、來源：網絡，由動力君整理編輯

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