LiFePO4是近几年被广泛报导的一种锂离子电池正极资料。。因为其结构安稳、资源丰富、安全功能好、无毒、对环境友好,且理论容量高达170mAh/g,较长的循环次数。
自1996年日本的 NTT 初次揭穿 AyMPO4(A为碱金属,M 为 Co Fe 两者之组合:LiFeCoPO4)的橄榄石结构的锂电池正极资料之后,1997年美国德克萨斯州立大学 John. B. Goodenough 等研讨群,也接着报导了 LiFePO4 的可逆性地迁入脱出锂的特性,美国与日本不谋而合地宣布橄榄石结构(LiMPO4),使得该资料遭到了极大的注重,并引起广泛的研讨和敏捷的开展。与传统的锂离子二次电池正极资料,尖晶石结构的 LiMn2O4 和层状结构的 LiCoO2 比较,LiMPO4 的原物料来历更广泛、价格更低价且无环境污染。
LiFePO4在自然界是以磷铁锂矿方式存在的,具有有序规整的橄榄石型结构,归于正交晶系,空间群为Pmnb,是一种略微歪曲的六方最密堆积结构。晶体由FeO6八面体和PO4四面体构成空间骨架,P占有四面体方位,而Fe和Li则填充在八面体的空地中,其间Fe占有共角的八面体方位,Li则占有共边的八面体方位。晶格中FeO6经过bc面的公共角连接起来,LiO6则构成沿b轴方向的共边长链。一个FeO6八面体与两个LiO6八面体和一个PO4四面体共边,而PO4四面体则与一个FeO6八面体和两个LiO6八面体共边。Li+具有一维可移动性。充放电过程中能够可逆的脱出和嵌入。资猜中因为基团对整个结构的安稳效果,使得具有杰出的热安稳性和循环功能。
国外早已将锂离子电池用于航空、水中武器等范畴,但该类电池本身的安全性约束了其在军事方面的广泛应用。磷酸亚铁锂电池与传统的锂离子电池比较,具有较高的热安稳性和较高的安全性,理论剖析和实验结果表明,应作为可充式军用电源首要挑选。
军用电源对安全性、方便性、能量密度、环境适应性以及耐乱用性具有较高的要求。锂离子电池以其具有较高的能量密度、免保护、运用寿命长等长处一向遭到各界的喜爱,但其本身安全性一向令人担忧。LiFePO4锂离子电池的应用为满意军用电源找到了期望。
LiFePo4锂离子电池作业原理
LiFePO锂离子电池主要由正极片、隔阂、负极片、电解液、极柱(极耳)和外包装构成。正极的活性物质为磷酸亚铁锂,负极活性物质为碳。充电时,锂离子从磷酸亚铁锂资猜中脱出,以电解液为载体,透过隔阂抵达负极,嵌入碳资料,电子则从正极经过外电路抵达负极,坚持化学反响平衡;放电时锂离子和电子的运动方向则相反。
在正极上进行的充放电反响如下:
充电反响:
LiFeP04一xLi+-xe。-~xFeP04+(1一x)LiFePO4
放电反响:
FePO4+xLi+xe。-~xLiFePO4+(1·x)FeP04
LiFePo4锂离子电池特色及优势
耐高温
锂离子电池在UUV内的空间遭到很大约束,因而结构紧凑,不利于散热,这要求电池有很好的耐高温功能。与以LiCoO2、LiMn204和三元资料为正极活性物质的锂离子电池比较,LiFePO4锂离子电池的电化学功能有了明显的改善,这是由其结构决议的。在磷酸亚铁锂中Li具有二维可移动性,在充放电过程中锂离子的脱出和嵌入遭到很强的P—O共价键构成的离域环境影响,使磷酸亚铁锂具有很强的热力学和动力学安稳性。所以LiFePO4锂离子电池具有杰出的高温安全功能,在高倍率充、放电时极柱的温度乃至升高到170~C的情况下,仍能坚持安全运用。表1列出了常用正极资料的差热剖析(DSC)数据。
从表1能够看出现在所发现的锂离子电池正极资猜中,磷酸亚铁锂的安全性最好。