第50章 磷酸铁锂电池

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思考过后，杨镜舟决定从磷酸铁锂电池入手，制造成本低，安全性高，无环境污染等优势，对于前期的推广有着巨大的优势，技术要求相对较低。

磷酸铁锂电池，是一种使用磷酸铁锂（lifepo4）作为正极材料，碳作为负极材料的锂离子电池，单体额定电压为3.2v，充电截止电压为3.6v~3.65v。充电过程中，磷酸铁锂中的部分锂离子脱出，经电解质传递到负极，嵌入负极碳材料；同时从正极释放出电子，自外电路到达负极，维持化学反应的平衡。放电过程中，锂离子自负极脱出，经电解质到达正极，同时负极释放电子，自外电路到达正极，为外界提供能量。磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点。

在lifepo4的晶体结构中，氧原子呈六方紧密堆积排列。po43-四面体和feo6八面体构成晶体的空间骨架，li和fe占据八面体空隙，而p占据四面体空隙，其中fe占据八面体的共角位置，li占据八面体的共边位置。feo6八面体在晶体的bc面上相互连接，b轴方向上的lio6八面体结构相互连接成链状结构。1个feo6八面体与2个lio6八面体和1个po43-四面体共棱。由于feo6共边八面体网络不连续，致使不能形成电子导电；同时，po43-四面体限制了晶格的体积变化，影响了li+的脱嵌和电子扩散，导致lifepo4正极材料电子导电率和离子扩散效率极低。lifepo4电池的理论比容量较高（约为170mah/g），放电平台是3.4v。li+在正负两极之间往返脱-嵌实现充放电，充电时发生氧化反应，li+从正极迁出，经电解液嵌入负极，铁从fe2+变成fe3+，发生氧化反应。电池结构特点

磷酸铁锂电池左边是橄榄石结构的lifepo4材料构成的正极，由铝箔与电池正极连接。右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，锂离子可以通过隔膜而电子不能通过隔膜。电池内部充有电解质，电池由金属外壳密闭封装。电池充放电原理

磷酸铁锂电池的充放电反应是在lifepo4和fepo4两相之间进行。在充电过程中，lifepo4逐渐脱离出锂离子形成fepo4，在放电过程中，锂离子嵌入fepo4形成lifepo4。电池充电时，锂离子从磷酸铁锂晶体迁移到晶体表面，在电场力的作用下，进入电解液，然后穿过隔膜，再经电解液迁移到石墨晶体的表面，而后嵌入石墨晶格中。与此同时，电子经导电体流向正极的铝箔集电极，经极耳、电池正极柱、外电路、负极极柱、负极极耳流向电池负极的铜箔集流体，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。电池放电时，锂离子从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，然后穿过隔膜，经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面，然后重新嵌入到磷酸铁锂的晶格内。与此同时，电子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。锂离子嵌入到磷酸铁晶体后，磷酸铁转化为磷酸铁锂。磷酸铁锂电池的特点

能量密度较高据报道，2018年量产的方形铝壳磷酸铁锂电池单体能量密度在160wh/kg左右，2019年一些优秀的电池厂家大概能做到175-180wh/kg的水平，个别厉害的厂家采用叠片工艺、容量做得大些，或能做到185wh/kg。安全性能好磷酸铁锂电池正极材料电化学性能比较稳定，