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磷酸铁锂基本原理 磷酸铁锂价格低廉,资源丰富、无环境污染。而且 LiFePO4 具有适中的电位平台和较 高的比容量,结构也非常稳定。LiFePO4 为有序的橄榄石结构,属正交晶系(Pmnb 空间群), 每个晶胞中有 4 个 LiMPO4 单元。其结构如图 2 所示。在 LiFePO4 的晶体结构中,氧原子近似于六方紧密堆积,磷原子在氧四面体的 4c 位,铁原子、锂原子分别在氧八面体的 4c 位和 4a 位。在 b-c 平面上,FeO6 八面体通过共点连结;一个 FeO6 八面体与两个 LiO6 八面体和一个 PO4 四面体共棱,而一个 PO4 四面体则与一个 FeO6 八面体和两个 LiO6 八面体共棱。Li+在 4a 位形成共棱的连续直线链,并平行于 c 轴,从而 Li+具有二维可移动性,使之在充放电过程中可以脱出和嵌入。 b+ r+ Y( q; Z: G+ l" P
磷酸铁锂电池的电化学反应方程式:
$ s! ` x8 g# S# X正极反应:LiFePO4 ⇔ Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- ; * Q: k2 x4 j( N, p$ y
负极反应:xLi+ +xe- +6C⇔LixC6;
2 `1 a7 A8 U- u$ c. w, Y w! G' E总反应式:LiFePO4+6xC⇔Li1-xFePO4+LixC6。
4 a1 T, x: Y$ W# k5 }8 a8 F其理论比容量为 170 mAh/g,并且在 3.5 V 附近有非常平坦的充放电电位平台。& x, I1 ^/ j4 s: l
LiFePO4 与 FePO4 的晶胞参数
& ]. ]+ q6 N4 A4 d) c `! p& x: E. |7 [+ I% k# {, T" J
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* {1 h& r: p* x2 `9 K0 a6 ]通过表中可以看出 LiFePO4 在充放电过程中发生的体积变化也很少,两者同属一种空间群,在结构上极其相似。在充电过程中,LiFePO4 晶胞的 a、b 轴略有缩短,而 c 轴有所增长,整个过程材料的体积仅收缩约 6 %。因此,LiFePO4 在反复充放电过程中能够保持结构的稳定性,循环可逆性能高。
$ q1 l* I6 `( c; R) M7 V$ C( Q# ]+ o1 [
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磷酸铁锂电池技术优点分析 能量密度高:三元电芯单体能量密度最高可达 200Wh/kg,磷酸铁锂电池最高可达160Wh/kg。 & F7 [+ A3 \8 d( p6 K1 L, ^
超长的循环寿命:目前三元电池最高循环寿命可以突破 4000 次,磷酸铁锂电池更是可以达到 6000 次以上。
, G$ ?# s, ^2 g' M% f- y输出功率密度大:按照特定的设计,可以达到 1C 甚至 2C 左右的大型储能功率输出。
7 P, h: ^% b( \目前,消费锂电市场趋于饱和,进入存量竞争时代,而由于新能源汽车和储能电池行业的蓬勃发展由于应用场景不同,电池的性能要求也有所不同;包括汽车,储能等各领域更看重经济性和高循环次数。3 a5 D$ ?2 |$ f& F. q# s# c
磷酸铁锂优势在于循环寿命、安全性,成本方面优于三元锂电池,虽然磷酸铁锂电池能量密度低于三元锂电池,但相对动力系统,结构设计的创新(比如运用于比亚迪电动汽车的电池),对冲了磷酸铁锂电池在灵活性上的劣势。 |