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、負極板(正極活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰,負極活性物質(zhì)為石墨)、隔膜、電解質(zhì)、極耳和鋁塑膜外殼組成。正負極板是電化學反應(yīng)的區(qū)域,隔膜、電解質(zhì)供應(yīng)Li+的傳輸通道,通過化成等工藝解決后電池極板表面會形成一層致密的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,負極活性物質(zhì)通常是石墨類材料,通過粘結(jié)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,戒備電池短路。隔膜是一種多孔結(jié)構(gòu)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(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,電子經(jīng)導電體流向負極的銅箔電極,經(jīng)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(jīng)導電體流到磷酸鐵鋰正極,使電荷達至平衡。