磷酸铁锂电池的主要工作原理是什么

Question

如题所述

Answer 1

锂离子电池的内部构造包括正极、负极、电解质和隔膜。这些部件的材料和工艺的不同，导致了电池性能的差异，并赋予电池不同的名称。目前，市场上主流的锂离子电池正极材料为钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4），还有部分采用镍酸锂（LiNiO2）作为正极材料的锂离子电池。而磷酸铁锂电池，作为锂离子电池家族的新成员，使用磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP）作为正极材料。
磷酸铁锂电池的内部结构如图所示。在图1中，橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，与铝箔相连；聚合物隔膜位于中间，隔离正负极，只允许锂离子（Li+）通过，而阻止电子（e-）通过；由碳（石墨）组成的负极与铜箔相连；电池的电解质位于上下端之间，电池由金属外壳密封。
在充电过程中，正极中的锂离子（Li+）穿过隔膜向负极迁移；而在放电过程中，负极中的锂离子（Li+）则通过隔膜向正极迁移。锂离子在充放电过程中的迁移是锂离子电池得名的原因。
磷酸铁锂电池因其无可比拟的优势，被广泛应用于多个领域。根据市场普及程度，磷酸铁锂的应用大致可以分为三个阶段：
第一阶段（目前广泛应用）：
1. 电动工具：如电钻、电锯、割草机等；
2. 遥控汽车、船、飞机等玩具；
3. 不间断电源（UPS）及应急灯、警示灯及矿灯（安全性最高）；
4. 替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池（尺寸完全相同）。
第二阶段（目前兴起）：
1. 轻型电动车：如电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；
2. 太阳能及风力发电的储能设备；
3. 小型医疗仪器设备及便携式仪器等。
第三阶段（目前政府推动）：
1. 大型电动车辆：如公交车、汽车、景点游览车及混合动力车等。