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锂电池解析—原理篇

广州尚能新能源科技有限公司 来源:广州尚能新能源科技有限 作者:广州尚能新能源科 2022-10-18 14:12 次阅读

就全球电池市场的发展来说,不管是动力型产品还是储能型产品,锂电池都凭借着很多的优势被普及推广,在国家大力提倡节能环保的前提下,锂电池的发展可谓非常快速。随着时间的推移,锂电池的发展是必然趋势。在储能领域,锂电池的应用是比铅酸电池广泛,但在动力领域,铅酸电池的应用还是比锂电池要多一些(我们日常看见的电动车,电动汽车等)。那么,你们真的了解锂电池和铅酸电池了吗?请看小编来分析吧。

铅酸电池组成材料与工作原理

铅酸电池(VRLA),是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。其工作原理是铅酸电池在放电状态下,正负极的活性物质变成硫酸铅(PbSO4),充电后又恢复到原来的状态,即正极转变成二氧化铅(PbO2),负极变成铅(Pb)。

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锂电池组成材料与工作原理

在市面上锂电池分类常见有两种:磷酸铁锂电池和三元锂电池。三元锂电池,是一种使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂的三元材料作为正极,石墨作为负极的锂电池;磷酸铁锂电池,是一种使用磷酸铁锂作为正极材料,碳作为负极材料的锂离子电池。磷酸铁锂电池的充放电原理是在LiFePO4和FePO4 两相之间进行。在充电过程中,LiFePO4逐渐脱离锂离子形成FePO4,在放电过程中,锂离子嵌入FePO4形成LiFePO4。

磷酸铁锂在电池充电时,锂离子从磷酸铁锂晶体迁移到晶体表面,在电场力的作用下,进入电解液,然后穿过隔膜,再经电解液迁移到石墨晶体的表面,而后嵌入石墨品格中。与此同时,电子经导电体流向正极的铝箔集电极,经极耳、电池正极柱、外电路、负极极柱、负极极耳流向电池负极的铜箔集流体,再经导电体流到石墨负极,使负极的电荷达至平衡。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后,磷酸铁锂转化成磷酸铁,磷酸铁锂电池的充电化学方程式是:LiFePO4-xLi+xe→FePO4+(1-x)LiFePO4

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(磷酸铁锂充放电原理图)

磷酸铁锂在电池放电时,锂离子从石墨晶体中脱嵌出来,进入电解液,然后穿过隔膜,经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面,然后重新嵌入到磷酸铁锂的晶格内。与此同时,电子经导电体流向负极的铜箔集电极,经极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体,再经导电体流到磷酸铁锂正极,使正极的电荷达至平衡。锂离子嵌入到磷酸铁晶体后,磷酸铁转化为磷酸铁锂,磷酸铁锂电池的放电化学方程式是:FePO4+xLi+xe→xLiFePO4+(1-x)FePO4

由于铅酸电池和锂电池所用的材料不同,它们的充电模式也大不相同,铅酸电池采用的是三段式充电方式,锂电池采用的是恒电恒压充电方式,所以这两类的充电器是不能混用的,否则电池将直接报废。铅酸电池的三段式充电方式为:1脉冲充电2恒流充电3恒压充电,对于铅酸电池电池来说,理想的充电电流是脉冲式,脉冲充电以我们所用的市电50-60HZ电源直接整流不滤波的脉动直流充电最佳,由于铅酸电池的自放电率比较大,采用工频充电时,一般用恒定电压充电方式。而锂电池充电控制是先按照恒定电流充电,然后当电池电压上升到4.2V的时候,电压就不再上升,充电器对电流进行检测,如果电流小于一定值,就结束充电。

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审核编辑 黄昊宇

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