磷酸鐵鋰動(dòng)力電池特性及應用

　自鋰離子電池問(wèn)世以來(lái)，圍繞它的研究、開(kāi)發(fā)工作一直不斷地進(jìn)行著(zhù)，上世紀90年代末又開(kāi)發(fā)出鋰聚合物電池，2002年后則推出磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。

　　鋰離子電池內部主要由正極、負極、電解質(zhì)及隔膜組成。正、負極及電解質(zhì)材料不同及工藝上的差異使電池有不同的性能，并且有不同的名稱(chēng)。目前市場(chǎng)上的鋰離子電池正極材料主要是氧化鈷鋰(LiCoO2)，另外還有少數采用氧化錳鋰(LiMn2O4)及氧化鎳鋰(LiNiO2)作正極材料的鋰離子電池，一般將后兩種正極材料的鋰離子電池稱(chēng)為“鋰錳電池”及“鋰鎳電池”。新開(kāi)發(fā)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池是用磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料作電池正極的鋰離子電池，它是鋰離子電池家族的新成員。

　　一般鋰離子電池的電解質(zhì)是液體的，后來(lái)開(kāi)發(fā)出固態(tài)及凝膠型聚合物電解質(zhì)，則稱(chēng)這種鋰離子電池為鋰聚合物電池，其性能優(yōu)于液體電解質(zhì)的鋰離子電池。

　　磷酸鐵鋰電池的全名應是磷酸鐵鋰鋰離子電池，這名字太長(cháng)，簡(jiǎn)稱(chēng)為磷酸鐵鋰電池。由于它的性能特別適于作動(dòng)力方面的應用，則在名稱(chēng)中加入“動(dòng)力”兩字，即磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。也有人把它稱(chēng)為“鋰鐵(LiFe)動(dòng)力電池”。

　　采用LiFePO4材料作正極的意義

　　目前用作鋰離子電池的正極材料主要有：LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。這些組成電池正極材料的金屬元素中，鈷(Co)最貴，并且存儲量不多，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是最便宜的。它的另一個(gè)特點(diǎn)是對環(huán)境無(wú)污染。

　　作為可充電電池的要求是：容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環(huán)性能、輸出電壓穩定、能大電流充放電、電化學(xué)穩定性能、使用中安全(不會(huì )因過(guò)充電、過(guò)放電及短路等操作不當而引起燃燒或爆炸)、工作溫度范圍寬、無(wú)毒或少毒、對環(huán)境無(wú)污染。采用LiFePO4作正極的磷酸鐵鋰電池在這些性能要求上都不錯，特別在大放電率放電(5～10C放電)、放電電壓平穩上、安全上(不燃燒、不爆炸)、壽命上(循環(huán)次數)、對環(huán)境無(wú)污染上，它是最好的，是目前最好的大電流輸出動(dòng)力電池。

　　LiFePO4電池的結構與工作原理

　　LiFePO4電池的內部結構如圖1所示。左邊是橄欖石結構的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，它把正極與負極隔開(kāi)，但鋰離子Li+可以通過(guò)而電子e-不能通過(guò)，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。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。

　　圖1 LiFePO4電池內部結構

　　LiFePO4電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+通過(guò)聚合物隔膜向負極遷移;在放電過(guò)程中，負極中的鋰離子Li+通過(guò)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(lái)回遷移而命名的。

　　LiFePO4電池主要性能

　　LiFePO4電池的標稱(chēng)電壓是3.2 V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。由于各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家采用的正、負極材料、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(同一種封裝的標準電池)，其電池的容量有較大差別(10%～20%)。

　　磷酸鐵鋰動(dòng)力電池主要性能列于表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(lèi)可充電電池性能。這里要說(shuō)明的是，不同工廠(chǎng)生產(chǎn)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在各項性能參數上會(huì )有一些差別;另外，有一些電池性能未列入，如電池內阻、自放電率、充放電溫度等。

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