鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:550次 | 2021年07月27日
磷酸鐵鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理有什么
磷酸鐵鋰離子電池的全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池,這名字太長,簡稱為磷酸鐵鋰離子電池。由于它的性能特別適于作動(dòng)力方面的使用,則在名稱中加入動(dòng)力兩字,即磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池。也有人把它稱為鋰鐵(LiFe)動(dòng)力鋰離子電池。
意義:
金屬交易市場,鈷(Co)最貴,并且存儲(chǔ)量不多,鎳(Ni)、錳(Mn)較便宜,而鐵(Fe)最便宜。正極材料的價(jià)格也與這些金屬的價(jià)格行情一致。因此,采用LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應(yīng)是最便宜的。它的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境無污染。
作為充電電池的要求是:容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環(huán)性能、輸出電壓穩(wěn)定、能大電流充放電、電化學(xué)穩(wěn)定性能、使用中安全(不會(huì)因過充電、過放電及短路等操作不當(dāng)而引起燃燒或爆炸)、工作溫度范圍寬、無毒或少毒、對(duì)環(huán)境無污染。采用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰離子電池在這些性能要求上都不錯(cuò),特別在大放電率放電(5~10C放電)、放電電壓平穩(wěn)上、安全上(不燃燒、不爆炸)、壽命上(循環(huán)次數(shù))、對(duì)環(huán)境無污染上,它是最好的,是目前最好的大電流輸出動(dòng)力鋰離子電池。
結(jié)構(gòu)與工作原理:
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
LiFePO4電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極,由鋁箔與電池正極連接,中間是聚合物的隔膜,它把正極與負(fù)極隔開,但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過,右邊是由碳(石墨)組成的電池負(fù)極,由銅箔與電池的負(fù)極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì),電池由金屬外殼密閉封裝。
LiFePO4電池在充電時(shí),正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負(fù)極遷移;在放電過程中,負(fù)極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時(shí)來回遷移而命名的。
緊要性能:
LiFePO4電池的標(biāo)稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。由于各個(gè)加廠家采用的正、負(fù)極材料、電解質(zhì)材料的質(zhì)量及工藝不同,其性能上會(huì)有些差異。例如同一種型號(hào)(同一種封裝的標(biāo)準(zhǔn)電池),其電池的容量有較大差別(10%~20%)。
磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池緊要性能列于表1。為了與其他可充電電池的相比較,也在表中列出其他種類可充電電池性能。這里要說明的是,不同廠加工的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池在各項(xiàng)性能參數(shù)上會(huì)有一些差別;另外,有一些電池性能未列入,如電池內(nèi)阻、自放電率、充放電溫度等。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池的容量有較大差別,可以分成三類:小型的零點(diǎn)幾到幾毫安時(shí)、中型的幾十毫安時(shí)、大型的幾百毫安時(shí)。不同類型電池的同類參數(shù)也有一些差異。這里再解析一種目前使用較廣的小型標(biāo)準(zhǔn)圓柱形封裝的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池的參數(shù)。其外廓尺寸:直徑為18mm、高650mm(型號(hào)為18650),其參數(shù)性能如表2所示。
過放電到零電壓實(shí)驗(yàn):
采用STL18650(1100mAh)的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池做過放電到零電壓實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件:用0.5C充電率將1100mAh的STL18650電池洋溢,然后用1.0C放電率放電到電池電壓為0C。再將放到0V的電池分兩組:一組存放7天,另一組存放30天;存放到期后再用0.5C充電率洋溢,然后用1.0C放電。最后比較兩種零電壓存放期不同的差別。
實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是,零電壓存放7天后電池?zé)o泄漏,性能良好,容量為100%;存放30天后,無泄漏、性能良好,容量為98%;存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán),容量又恢復(fù)到100%。
這實(shí)驗(yàn)說明該電池即使出現(xiàn)過放電(甚至到0V),并存放一按時(shí)間,電池也不泄漏、損壞。這是其他種類鋰離子電池不具有的特性。