磷酸鐵鋰離子電池工作原理和電壓是怎么樣的
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-09-22 14:42
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、電池充電時(shí)，Li從磷酸鐵鋰晶體的010面遷移到晶體表面，在電場力的用途下，進(jìn)入電解液，穿過隔膜，再經(jīng)電解液遷移到石墨晶體的表面，然后嵌入石墨晶格中。與此同時(shí)，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向正極的鋁箔集電極，經(jīng)極耳、電池極柱、外電路、負(fù)極極柱、負(fù)極耳流向負(fù)極的銅箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體流到石墨負(fù)極，使負(fù)極的電荷達(dá)至平衡。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)化成磷酸鐵。
2、電池放電時(shí)，Li從石墨晶體中脫嵌出來，進(jìn)入電解液，穿過隔膜，再經(jīng)電解液遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后重新經(jīng)010面嵌入到磷酸鐵鋰的晶格內(nèi)。與此同時(shí)，電池經(jīng)導(dǎo)電體流向負(fù)極的銅箔集電極，經(jīng)極耳、電池負(fù)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(jīng)導(dǎo)電體流到磷酸鐵鋰正極，使正極的電荷達(dá)至平衡。
從磷酸鐵鋰離子電池的工作原理可知，磷酸鐵鋰離子電池的充放電過程要鋰離子和電子的共同參與，而且鋰離子的遷移速度與電子的遷移速度要達(dá)至平衡。這就要求鋰離子電池的正負(fù)電極必須是離子和電子的混合導(dǎo)體，而且其離子導(dǎo)電能力和電子導(dǎo)電能力必須一致。但是眾所周知，磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能很差。而石墨負(fù)極的導(dǎo)電性雖然要好一些，但是要實(shí)現(xiàn)大倍率放電時(shí)，仍然要改善負(fù)極的導(dǎo)電性，使其的電子導(dǎo)電能力與鋰離子從石墨中脫嵌的能力達(dá)至平衡。
磷酸鐵鋰電池的電壓
電壓是磷酸鐵鋰電池的重要參數(shù)，直接決定磷酸鐵鋰電池的能量，以及磷酸鐵鋰電池包的成組方式。本文對(duì)磷酸鐵鋰電池的電壓進(jìn)行。
磷酸鐵鋰電池在充放電測試或者實(shí)際使用中，電壓參數(shù)主要包括平臺(tái)電壓、中值電壓、平均電壓、截止電壓等，典型放電曲線。
平臺(tái)電壓是指電壓變化最小而容量變化較大時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值，磷酸鐵鋰、鈦酸鋰磷酸鐵鋰電池具有明顯的平臺(tái)電壓，在充放電曲線中可以明確確認(rèn)電壓平臺(tái)。大部分磷酸鐵鋰電池的電壓平臺(tái)并不明顯，充放電測試時(shí)，通過電壓間隔采集數(shù)據(jù)，然后對(duì)電壓曲線做微分，通過dQ/dV的峰值確定平臺(tái)電壓。
中值電壓是磷酸鐵鋰電池容量一半時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值，對(duì)于平臺(tái)比較明顯的材料，如磷酸鐵鋰和鈦酸鋰等，中值電壓一般就是平臺(tái)電壓。
平均電壓是電壓-容量曲線的有效面積（即磷酸鐵鋰電池充/放電能量）除以容量，計(jì)算公式為Ü = ∫U(t)*I(t)dt / ∫I(t)dt。在充放電測試數(shù)據(jù)中，充電或放電能量除以容量數(shù)據(jù)即為平均電壓。反過來，磷酸鐵鋰電池能量密度也是根據(jù)磷酸鐵鋰電池的平均電壓估算，即能量=容量*平均電壓/磷酸鐵鋰電池質(zhì)量（或體積）。
截止電壓是是指磷酸鐵鋰電池放電時(shí)允許的最低電壓，磷酸鐵鋰電池充電時(shí)允許的最高電壓。如果電壓低于放電截止電壓后繼續(xù)放電，磷酸鐵鋰電池正極的電勢(shì)持續(xù)降低，而負(fù)極電勢(shì)會(huì)迅速上升，形成過度放電，過放電可能造成電極活性物質(zhì)損傷，失去反應(yīng)能力，使磷酸鐵鋰電池壽命縮短；還會(huì)導(dǎo)致負(fù)極銅箔分解并在正極析出，存在短路風(fēng)險(xiǎn)。如果充電電壓高于充電截止電壓，磷酸鐵鋰電池正極的電勢(shì)持續(xù)升高，造成正極材料過過度脫鋰，晶體結(jié)構(gòu)破壞失效，電解液分解損耗。而負(fù)極電勢(shì)會(huì)持續(xù)下降，過度嵌鋰，石墨層狀瓦解，極片表面析鋰等問題。
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