梯次磷酸鐵鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)

磷酸鐵鋰離子電池由正、負(fù)極板(正極活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰,負(fù)極活性物質(zhì)為石墨)、隔膜、電解質(zhì)、極耳和鋁塑膜外殼組成。正負(fù)極板是電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域,隔膜、電解質(zhì)供應(yīng)Li+的傳輸通道,通過(guò)化成等工藝處理后電池極板表面會(huì)形成一層致密的SEI膜(也叫固體電解質(zhì)界面膜),極耳起到引導(dǎo)電流的用途。正極活性物質(zhì)是磷酸鐵鋰,為橄欖石結(jié)構(gòu),其空間和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。

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

梯次磷酸鐵鋰離子電池的工作原理

電池充電時(shí),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(chǎng)力的用途下,進(jìn)入電解液,穿過(guò)隔膜,再經(jīng)電解液遷移到負(fù)極石墨晶體的表面,然后嵌入負(fù)極層狀石墨材料中。與此同時(shí),電子流通過(guò)正極的鋁箔,經(jīng)極耳、電池極柱、負(fù)載、負(fù)極極柱、負(fù)極耳流向負(fù)極的銅箔電極,再經(jīng)導(dǎo)電體流到石墨負(fù)極,使電荷達(dá)至平衡。

電池放電時(shí),Li+從層狀石墨晶體中脫嵌,進(jìn)入電解液,穿過(guò)隔膜,再經(jīng)電解質(zhì)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(shí),電子經(jīng)導(dǎo)電體流向負(fù)極的銅箔電極,經(jīng)極耳、電池負(fù)極柱、負(fù)載、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔電極,再經(jīng)導(dǎo)電體流到磷酸鐵鋰正極,使電荷達(dá)至平衡。