磷酸铁锂电池的主要工作原理是什么

锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能，并且有不同的名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂(LiMn2O4)，另外还有少数采用镍酸锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池。新开发的磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP）材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。

图1：磷酸铁锂电池工作原理

磷酸铁锂电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，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。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+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

由于磷酸铁锂电池具有无可比拟的优势，可广泛应用于多个领域。根据市场普及程度，磷酸铁锂应用大致分三个阶段：

第一阶段（目前较为广泛）：

1．电动工具：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(安全性最好)；

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（目前正在兴起）：

1．轻型电动车：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（目前靠政府推动）：

1．大型电动车辆：公交车、汽车、景点游览车及混合动力车等。

正极材料：磷酸铁锂，PVDF，导电炭黑，NMP（溶剂）。负极材料：一般石墨，PVDF，导电炭黑，NMP（溶剂）。当然粘结剂也有用水系的。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。

特点

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。

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