【浩博电池资讯】磷酸铁锂电池工作原理

LiFePO4电池的内部结构如图下图所示。

磷酸铁锂电池工作原理

左面是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极衔接，中心是聚合物的隔阂，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以经过而电子e-不能经过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极衔接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+经过聚合物隔阂向负极搬迁；在放电过程中，负极中的锂离子Li+经过隔阂向正极搬迁。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回搬迁而命名的。
1、电池充电时，Li+从磷酸铁锂晶体的010面搬迁到晶体外表，在电场力的效果下，进入电解液，穿过隔阂，再经电解液搬迁到石墨晶体的外表，然后嵌入石墨晶格中。与此同时，电子经导电体流向正极的铝箔集电极，经极耳、电池极柱、外电路、负极极柱、负极耳流向负极的铜箔集流体，再经导电体流到石墨负极，使负极的电荷达至平衡。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后，磷酸铁锂转化成磷酸铁，其晶格结构变化如上图－２。

2、电池放电时，Li+从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，穿过隔阂，再经电解液搬迁到磷酸铁锂晶体的外表，然后重新经010面嵌入到磷酸铁锂的晶格内。与此同时，电池经导电体流向负极的铜箔集电极，经极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体，再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷达至平衡。

从磷酸铁锂电池的工作原理可知，磷酸铁锂电池的充放电过程需求锂离子和电子的共同参与，并且锂离子的搬迁速度与电子的搬迁速度要达至平衡。这就要求锂离子电池的正负电极有必要是离子和电子的混合导体，并且其离子导电才能和电子导电才能有必要一致。可是众所周知，磷酸铁锂的导电性能很差。而石墨负极的导电性尽管要好一些，可是要完成大倍率放电时，依然需求改进负极的导电性，使其的电子导电才能与锂离子从石墨中脱嵌的才能达至平衡。

为了处理磷酸铁锂电池正负极的导电问题，1、有必要在电池的正负极中参加导电剂，使之在电池的活性材料中构成如图－３模型和图－４的电镜相片所示的有效的导电网络。2、假如将电池的离子传导才能设为I，电子传导才能设为E，则理论上I=E；3、为了确保电池在充电和放电过程中，电荷坚持动态平衡：I正极=I电解液=I隔阂=I电解液=I负极，E正极=E正极集流体=E极耳=E正极柱=E外电路=E负极柱=E负极耳=E负极集流体=E负极。（这三个等式实践上是锂离子动力电池规划的重要准则，可是，在实践规划过程中和实践出产过程中，怎么完成上述三个等式，还需求规划一系列的实验来进行验证，树立数学模型或许树立经历公式，然后经过这些模型或许公式来进行锂离子电池的规划）

图－３：导电网络示意图

图－4:磷酸铁锂和SP分散后的电镜相片