磷酸鐵鋰電池充放電原理,鋰電池工作原理解析

來源：存能電氣  日期：2019-04-15 11:26  瀏覽量：次

　　磷酸鐵鋰電池充放電原理，鋰電池工作原理解析。磷酸鐵鋰電池充放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達(dá)90%以上，磷酸鐵鋰電池的工作原理是以LiFePO4作為正極,石墨作為負(fù)極,在充放電過程中,鋰離子通過聚合物隔膜來回遷移。

　　磷酸鐵鋰電池充放電原理

　　磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。并且支持無級(jí)擴(kuò)展。組成儲(chǔ)能系統(tǒng)后可進(jìn)行大規(guī)模電能儲(chǔ)存。

　　磷酸鐵鋰電池的充放電反應(yīng)是在LiFePO4和FePO4兩相之間進(jìn)行。在充電過程中，LiFePO4逐漸脫離出鋰離子形成FePO4，在放電過程中，鋰離子嵌入FePO4形成LiFePO4。

　　電池充電時(shí)，鋰離子從磷酸鐵鋰晶體遷移到晶體表面，在電場(chǎng)力的作用下，進(jìn)入電解液，然后穿過隔膜，再經(jīng)電解液遷移到石墨晶體的表面，而后嵌入石墨品格中。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、電池正極柱、外電路、負(fù)極極柱、負(fù)極極耳流向電池負(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。

　　LiFePO4一xLi+xe→FePO4+(1-x)LiFePO4(1)

　　磷酸鐵鋰電池放電時(shí)，鋰離子從石墨晶體中脫嵌出來，進(jìn)入電解液，然后穿過隔膜，經(jīng)電解液遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后重新嵌入到磷酸鐵鋰的晶格內(nèi)。與此同時(shí)，電子經(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。鋰離子嵌入到磷酸鐵晶體后，磷酸鐵轉(zhuǎn)化為磷酸鐵鋰電池。

　　FePO4+xLi+xe→xLiFePO4+(1-x)FePO4(2)

　　磷酸鐵鋰電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。

　　鋰電池工作原理解析

　　鋰電池是一種二次電池(充電電池)，主要依靠鋰離子在正負(fù)極之間的往返嵌入和脫嵌來工作，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。

　　1、充電過程

　　在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下鋰離子從正極晶格中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)，嵌入到負(fù)極晶格中。

　　充電開始時(shí)，應(yīng)先檢測(cè)待充電電池的電壓，如果電壓低于3V，要先進(jìn)行預(yù)充電，充電電流為設(shè)定電流的1/10，一般選0.05C左右。電壓升到3V后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過程。標(biāo)準(zhǔn)充電過程為：以設(shè)定電流進(jìn)行恒流充電，電池電壓升到4.20V時(shí)，改為恒壓充電，保持充電電壓為4.20V。此時(shí)，充電電流逐漸下降，當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時(shí)，充電結(jié)束。

　　2、放電過程

　　過程正好相反鋰離子返回正極，電子通過用電器由外電路到達(dá)正極與鋰離子復(fù)合。電池放電，此時(shí)負(fù)極上的電子e從通過外部電路跑到正極上，正鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。

　　鋰電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。

　　以上就是磷酸鐵鋰電池充放電原理，鋰電池工作原理解析。從磷酸鐵鋰電池的工作原理可知,磷酸鐵鋰電池的充放電過程需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。