磷酸铁锂电池的正极由橄榄石结构的LiFePO4组成,负极由石墨组成,中间是聚烯烃PP/PE/PP隔膜,用于隔离正负极,阻挡电子同时允许锂离子通过。
充电时,锂离子从正极通过电解液脱出进入负极,而电子则从外电路从正极移动到负极,保证正负极的电荷平衡,放电时,锂离子从负极脱出并通过电解质嵌入正极。这种微观结构使得磷酸铁锂电池具有更好的电压平台和更长的使用寿命:电池的充放电过程中,其正极处于菱形晶系LiFePO4和六方晶系FePO4之间的两相过渡,由于由于FePO4和LiFePO4在200℃以下以固熔体形式共存,在充放电过程中不存在明显的两相转折点,因此,磷酸铁锂电池充放电电压平台长且平稳;另外,充电过程完成后,负极FePO4的体积相对于LiFePO4仅减少了6.81%,而碳负极在充电过程中体积略有膨胀,起到了调节体积变化的目的。支撑内部结构。循环寿命长。
1、磷酸铁锂电池有哪些优点?
磷酸铁锂电池凭借价格低廉、安全性强赢得了众多厂家的信赖。锂离子电池中正极材料占整个电池成本的40%以上,而在目前的技术条件下,整个电池的能量密度取决于正极材料,因此正极材料是核心发展对锂离子电池材料的研究,目前成熟应用的正极材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂。
2. 钴酸锂
有层状结构和尖晶石结构,一般常用层状结构,其理论容量为270mAh/g左右,层状结构钴酸锂在手机、航模、车模、电子烟、智能穿戴数码产品中具有重要地位。目前钴酸锂的能量密度和压实密度已经基本到了极限,其比容量和理论容量相比还有较大的提升空间,但由于目前整体化学体系的限制,特别是高压体系中的电解液由于容易分解,因此进一步提高充电截止电压来提升比容量的方法受到一定的局限性,后续电解液技术一旦突破,其能量密度仍有提升空间。
3、镍钴锰酸锂(LNCMO)
总体而言,LiNixMnyCozO2具有绿色、成本低(仅为LiCoO2的2/3)、安全性好(安全工作温度可达170℃)、循环寿命长(延长45%)等优点。目前单晶镍钴锰酸锂的研究对于通过不断提高镍含量和充电截止电压来进一步提高产品的能量密度具有重要意义,但这对电解液和其他相关配套提出了更高的要求材料以及锂离子电池制造商的技术能力。
4、锰酸锂
有尖晶石结构和层状结构,常用的是尖晶石结构。理论容量为148mAh/g,实际容量在100~120mAh/g之间。它具有容量发挥较好、结构稳定、低温性能优越、成本低廉等特点,但其晶体结构容易发生畸变。但其晶体结构容易发生畸变,导致容量衰减和循环寿命短。在一些安全性要求高、成本高,但能量密度和循环要求较低的市场中应用很重要。如小型通讯设备、充电宝、电动工具和电动自行车、特殊场景(如煤矿)。
5、磷酸铁锂
一般具有稳定的橄榄石骨架结构,放电容量可达理论放电容量的95%以上,安全性能优良,耐过充能力好,循环寿命长,价格低廉。但其能量密度限制难以解决,而电动汽车用户不断提高续航里程需求。