梯次磷酸鐵鋰離子電池的基本結構

磷酸鐵鋰離子電池由正、負極板(正極活性物質為磷酸鐵鋰,負極活性物質為石墨)、隔膜、電解質、極耳和鋁塑膜外殼組成。正負極板是電化學反應的區域,隔膜、電解質供應Li+的傳輸通道,通過化成等工藝處理后電池極板表面會形成一層致密的SEI膜(也叫固體電解質界面膜),極耳起到引導電流的用途。正極活性物質是磷酸鐵鋰,為橄欖石結構,其空間和內部結構如圖7所示。

磷酸鐵鋰與導電劑、粘結劑以一定的比例混合,涂覆在鋁箔上構成正極,負極活性物質通常是石墨類材料,通過粘結劑附著在銅箔上。正負極之間用聚乙烯隔膜(或者是聚丙烯和聚乙烯復合隔膜)隔開,防止電池短路。隔膜是一種多孔結構的薄膜,充放電過程中Li+可以通過其孔隙,而電子e-不能通過。電池的電解液是六氟磷酸鋰有機溶劑。

梯次磷酸鐵鋰離子電池的工作原理

電池充電時,Li+從磷酸鐵鋰材料中遷移到晶體表面,從正極板材料中脫出,在電場力的用途下,進入電解液,穿過隔膜,再經電解液遷移到負極石墨晶體的表面,然后嵌入負極層狀石墨材料中。與此同時,電子流通過正極的鋁箔,經極耳、電池極柱、負載、負極極柱、負極耳流向負極的銅箔電極,再經導電體流到石墨負極,使電荷達至平衡。

電池放電時,Li+從層狀石墨晶體中脫嵌,進入電解液,穿過隔膜,再經電解質遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面,然后重新嵌入到磷酸鐵鋰的材料中。與此同時,電子經導電體流向負極的銅箔電極,經極耳、電池負極柱、負載、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔電極,再經導電體流到磷酸鐵鋰正極,使電荷達至平衡。