?磷酸鐵鋰電池工作原理和優(yōu)勢

導(dǎo)讀：本文主要介紹磷酸鐵鋰電池工作原理和優(yōu)勢。

目前動力電池主要包括磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池和三元鋰電池。而磷酸鐵鋰電池支撐著中國鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)的半壁江山，那磷酸鐵鋰電池的工作原理是怎么樣的呢？

磷酸鐵鋰電池正極由橄欖石結(jié)構(gòu)的 LiFePO4 組成，負(fù)極由石墨組成，中間是聚烯烴PP/PE/PP 隔膜，用于隔離正負(fù)極、阻止電子而允許鋰離子通過。

充電時鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)進入負(fù)極，同時電子從外電路由正極向負(fù)極移動，以保證正負(fù)極的電荷平衡，放電時鋰離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極。這一微觀結(jié)構(gòu)使得磷酸鐵鋰電池具有了較好的電壓平臺和較長的使用壽命：電池的充放電過程中，其正極在斜方晶系的 LiFePO4和六方晶系的 FePO4兩相之間轉(zhuǎn)變，由于 FePO4和 LiFePO4在 200℃以下以固熔體形式共存，在充放電過程中沒有明顯的兩相轉(zhuǎn)折點，因此，磷酸鐵鋰電池的充放電電壓平臺長且平穩(wěn)；另外，在充電過程完成后，正極 FePO4 的體積相對 LiFePO4 僅減少 6.81%，而充電過程中碳負(fù)極體積輕微膨脹，起到了調(diào)節(jié)體積變化、支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用，因此，磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有較長的循環(huán)壽命。

那磷酸鐵鋰電池有什么優(yōu)勢呢？

磷酸鐵鋰電池憑借其低價及強安全性贏得了眾多廠家的信任。鋰離子電池中正極材料占整個電池成本的 40%以上，且當(dāng)前的技術(shù)條件下，整體電池的能量密度主要取決于正極材料，所以正極材料是鋰離子電池的核心開發(fā)、研究的材料，目前成熟應(yīng)用的正極材料包括鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰及錳酸鋰。

鈷酸鋰

有層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)，一般常用層狀結(jié)構(gòu)，其理論容量為 270mAh/g左右，層狀結(jié)構(gòu)鈷酸鋰主要應(yīng)用在手機、航模、車模、電子煙、智能穿戴等數(shù)碼產(chǎn)品上。當(dāng)前鈷酸鋰的能量密度和壓實密度已基本到極限，其比容量與理論容量相比還是有較大的提升空間，但是由于當(dāng)前整體的化學(xué)體系限制，尤其是電解液在高電壓的體系下很容易分解，故進一步通過提升充電截止電壓提升比容量的方法受到了一定的限制，后續(xù)一旦電解液技術(shù)得到突破，其能量密度還會有提升的空間。

鎳鈷錳酸鋰

一般具有綠色環(huán)保、成本低（成本僅相當(dāng)于鈷酸鋰的 2/3）、安全性好（安全工作溫度可達 170℃）、循環(huán)使用壽命長（延長 45%）的優(yōu)勢。當(dāng)前對單晶化鎳鈷錳酸鋰研究主要通過不斷的提升鎳含量，提升充電截止電壓，來進一步的提升產(chǎn)品的能量密度，但這對電解液等相關(guān)配套材料以及鋰離子電池制造廠商的技術(shù)能力提出了更高的要求。

錳酸鋰

有尖晶石結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)，一般常用尖晶石結(jié)構(gòu)的。理論容量 148 mAh/g，實際容量在 100～120mAh/g 之間，具有容量發(fā)揮較好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、低溫性能優(yōu)越和成本低廉等特點。但是其晶體結(jié)構(gòu)容易畸變，造成容量衰減，循環(huán)壽命短。主要應(yīng)用于一些對安全性要求較高，成本要求高，但對能量密度和循環(huán)要求較低的市場。如小型通訊設(shè)備、充電寶、電動工具和電動自行車、特殊場景（如煤礦）。

磷酸鐵鋰

一般具有穩(wěn)定的橄欖石骨架結(jié)構(gòu)，放電容量可以達到理論放電容量的95%以上，安全性能優(yōu)異，對于過充的承受力很好，循環(huán)壽命長，并且價格低廉。但其能量密度限制難以解決，而電動汽車用戶卻不斷提升續(xù)航需求。

磷酸鐵鋰正極材料在應(yīng)用的時候體現(xiàn)了良好的熱穩(wěn)定性能、安全可靠性、低碳環(huán)保性，是大型電池模塊的首選正極材料。但是磷酸鐵鋰正極材料的堆積密度較低、體積能量密度不高、應(yīng)用范圍有限。針對磷酸鐵鋰正極材料的應(yīng)用局限，相關(guān)人員可以通過在其中摻雜高價金屬陽離子、表面包覆導(dǎo)電材料的方法來提升這種材料的電導(dǎo)率。經(jīng)過一段時間的發(fā)展，磷酸鐵鋰正極材料逐漸發(fā)展成熟，被人們廣泛的應(yīng)用在多個領(lǐng)域，比如電動汽車領(lǐng)域、電動自行車領(lǐng)域、移動電源設(shè)備、儲能電源領(lǐng)域等。

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