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、綠色環(huán)保等一系列獨特優(yōu)點。并且支持無級擴展。組成儲能系統(tǒng)后可進行大規(guī)模電能儲存。

　　磷酸鐵鋰電池的充放電反應是在LiFePO4和FePO4兩相之間進行。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，鋰離子從磷酸鐵鋰晶體遷移到晶體表面，在電場力的作用下，進入電解液，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，電子經(jīng)導電體流向正極的鋁箔集電極，經(jīng)極耳、電池正極柱、外電路、負極極柱、負極極耳流向電池負極的銅箔集流體，再經(jīng)導電體流到石墨負極，使負極的電荷達至平衡。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉化成磷酸鐵。

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

　　磷酸鐵鋰電池放電時，鋰離子從石墨晶體中脫嵌出來，進入電解液，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。與此同時，電子經(jīng)導電體流向負極的銅箔集電極，經(jīng)極耳、電池負極柱、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)導電體流到磷酸鐵鋰正極，使正極的電荷達至平衡。鋰離子嵌入到磷酸鐵晶體后，磷酸鐵轉化為磷酸鐵鋰電池。

　　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，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/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極之間的往返嵌入和脫嵌來工作，實現(xiàn)能量的存儲和釋放。

　　1、充電過程

　　在電場的驅動下鋰離子從正極晶格中脫出，經(jīng)過電解質，嵌入到負極晶格中。

　　充電開始時，應先檢測待充電電池的電壓，如果電壓低于3V，要先進行預充電，充電電流為設定電流的1/10，一般選0.05C左右。電壓升到3V后，進入標準充電過程。標準充電過程為：以設定電流進行恒流充電，電池電壓升到4.20V時，改為恒壓充電，保持充電電壓為4.20V。此時，充電電流逐漸下降，當電流下降至設定充電電流的1/10時，充電結束。

　　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正極與鋰離子復合。電池放電，此時負極上的電子e從通過外部電路跑到正極上，正鋰離子Li+從負極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達正極，與早就跑過來的電子結合在一起。

　　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至平衡。