浅谈磷酸铁锂动力电池特点及应用

浅谈磷酸铁锂动力电池特点及应用

曾锦辉

身份证号：440902197312130011

摘要:当前充电电池已经充斥在我们日常生活的方方面面，可以说，充电电池在我们生活中无处不在，但随着使用需求的提升，充电电池不仅要在容量上满足人们的需求，同时还要兼具安全性与稳定性等方面的特征。当前在磷酸铁锂电池中通过采用LiFePO4材质的正极可以很好的满足人们对充电电池的各种需求,同时该类型的电池还是当前可以输出最大电流的电池类型。

关键词:磷酸铁锂；LiFePO4材质；充电电池

一、绪论

从锂离子电池出现后,全球关于锂离子电池的研究就从未间断过，从十九世纪的九十年代末期锂聚合物电池问世，再到二十世纪初期磷酸铁锂动力电池出现，科学家们关于锂离子电池的研究可以说不遗余力。在组成上，锂离子电池的主要构件有电极、电解液以及隔膜等，其中电极因制作材料以及工艺的不同均会具备不一样的使用性能，当前在市场上较为常见的正极材料有氧化钴锂、氧化锰锂、氧化镍锂，这当中氧化锰锂与氧化镍锂类型的锂离子电池还可以称作锂锰电池与锂镍电池。二十世纪初期问世的磷酸铁锂电池作为锂离子电池行业中的新品类型，其在应用上多存在于动力领域，因此磷酸铁锂电池另一种别称为磷酸铁锂动力电池。

二、LiFePO4电池的结构与工作原理

图 1 LiFePO4 电池内部结构图

从图1中可以看出，LiFePO4材质的锂离子电池在左半部分为LiFePO4材质所制作而成的正极，在连接材料上LiFePO4电池采用的是铝箔。电池的中间部分为聚合物隔膜，该隔膜可以将正极与负极做好隔断，这样的隔断可以在阻断e-通过的同时保证Li+的正常通行。LiFePO4电池的右边是电池的负极，负极的材质主要是石墨，与正极连接材料不同，负极材料连接为铜箔。电池的电解质存在于电池的顶端与末端，在外壳的材质的选用上，LiFePO4电池采用的是硬质外壳。

不同状态下的LiFePO4电池其Li+运动轨迹存在有本质上的区别，充电时，Li+由正极出发通过中间的隔膜最终完成向负极的移动；放电时， Li+则是从负极出发通过中间的隔膜最终完成向正极的移动。之所以人们将该类电池命名为锂离子电池，其根本原因也是由于电池的充放电完全由锂离子的移动完成。

三、LiFePO4电池主要性能

LiFePO4电池不同情况下的电压存在有一定的区别，在LiFePO4电池中常见的电压类型有标称电压、终止充电电压与终止放电压，三种电压分别为3.2V、3.6V与2.0V。在性能上，不同工艺以及不同材质的组件均会使电池在性能表现上存在有较大的差异。比如同型号的电池因工艺以及材质的差异，在电池容量上的差异会达到20%以上。通过对比不同厂家所生产出的磷酸铁锂动力电池性能，可以发现在电池的主要性能参数存在有或多或少的差异，这种差异是显而易见的同时也是确实存在的。

按照电池容量的不同，我们可以将磷酸铁锂动力电池分为三大类型：第一类为小型动力电池，该类电池的电池容量仅为零点几安时；第二类为中型动力电池，该类电池的电池容量可以达到几十安时；第三类为大型动力电池，该类电池的电池容量可以高达几百安时。除了电池容量上的差异，不同类型的电池在同类别的性能参数上也存在有较大的不同。以下便对当前一种较为实用的小型磷酸铁锂动力电池进行简单的介绍。该种电池的型号为18650。首先在外廓尺寸上，该电池直径仅为1.8cm，高度也仅有6.5cm。在具体的性能参数方面，该种电池的容量为1100mAh，放电率方面最大值与最小值分别为10C与5C，在放电率方面该种电池有5种不同的形态，这也形态最终形成了电池的放电曲线。通过对该类电池的放电曲线进行研究发现，在放电的整个过程中电池电压是相对平稳的状态，但是在临近终止放电电压时曲线则会出现明显的下降趋势，通过对其输出电压进行检测发现在输出电压方面，该种电池可以将输出电压稳定的控制在3±0.3V范围内，从这一表现特征来看，该种电池的放电特性极为稳定。为了对该种电池的电池容量开展深入研究，通过在不同温度条件下对该电池进行放电测试，发现低温情况下的电池容量会大大的削减，而想要实现电池容量的最大化则需要保持温度在40摄氏度以上。

四、磷酸铁锂电池的特点

总结以上的论述，我们可以得出LiFePO4电池具有着以下几方面的特征与优势，具体总结如下：

一是，输出效率高，通过以上的测试可以发现LiFePO4电池的放电率可以保持在5C~10C，最高的情况下甚至可以高达20C，可以说在输出效率上，LiFePO4电池有着其他类型电池不可比拟的优势。

二是，高温时性能良好，通过对磷酸铁锂电池的热效应进行检测发现，当电池的环境温度为65℃时，电池内部因热效应影响温度甚至可以达到90℃以上，在临近放电结束时电池内部温度因热效应会突破160℃，在该种情况下电池仍旧能够保持完好的形态与结构，这说明在电池的高温稳定性方面表现较好。

三是，安全系数高，当电池受到外力影响发生形态上变化时，电池在该种情况下依旧可以保证不发生燃烧爆炸等安全隐患，可以说磷酸铁锂电池的安全系数较高。

四是，电池的循环寿命高，通过对磷酸铁锂电池进行测试，测试结果显示在进行500次循环使用后，电池的放电容量依旧可以达到最初的95%以上，这样的性能表现表明磷酸铁锂电池在循环寿命性能上有着极好的表现。

五是，放电安全性高，通过测试发现磷酸铁锂电池在过度放电的情况下，其内部构造以及使用性能均未出现损害的迹象。

六是，可以满足快速充电的需求，随着社会节奏的加快，人们对于快速充电需求越来越高，而磷酸铁锂电池凭借其稳定的性能在快速充电领域同样有着出色的表现。

七是，成本的低廉化，近些年随着科学技术以及产业规模的不断扩大，磷酸铁锂电池的成本造价方面越来越向低廉化方向发展，这也使得在成本方面磷酸铁锂电池较其他类型储能电池有了一定的优势。

八是，磷酸铁锂电池在防止环境污染方面也有着极好的体现，这也正迎合了当前的社会发展需求。

五、磷酸铁锂动力电池的应用

基于以上的特征和优势，磷酸铁锂动力电池当前在诸多领域均有着广泛的应用，具体应用的领域有：

一是，在大型电动车辆上作为动力系统应用，主要代表的类型有电动公交车、电动汽车以及混动汽车等；

二是，在小型电动车上作为动力系统应用，主要代表的类型有电动自行车、电动清洁车以及电动轮椅等；

三是，应用在日常所用的电动工具中，主要代表的类型有电锯、电钻以及割草机等；

四是，应用在常见的电动玩具中，主要的代表类型有遥控电动汽车、遥控电动飞机等玩具；

五是，应用于太阳能以及风力发电领域，在该类领域的应有中主要以储能设备形态存在；

六是，应用于安全使用领域，在UPS、应急灯以及矿灯等设施上进行应用；

七是，应用于医疗领域，在一些医疗器械以及仪器中进行应用。

六、结语

作为新型的动力电池，磷酸铁锂动力电池借助其稳定的性能参数表现受到了国内外各界人士的高度关注。但就当前的发展而言，我国在磷酸铁锂电池的生产上仍旧存在有生产规模小以及成本造价偏高的情况，未来在磷酸铁锂电池的潜力挖掘上，厂商仍旧需要在成本造价方面进行工作的挖潜，从而迎合市场的发展需求，最终谋得磷酸铁锂电池的长远发展。

参考文献:

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