锂离子动力电池特殊形式在新能源汽车概论中的作用

2023-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。因此，采用LiFePO4 正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。

1.磷酸铁锂电池的结构与原理

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。左边是橄榄石结构的磷酸铁锂作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接；中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过；右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。磷酸铁锂电池内部结构如图2-3-4 所示。

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图2-3-4　磷酸铁锂电池内部结构

磷酸铁锂电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

2.磷酸铁锂动力电池的特点

磷酸铁锂动力电池的优点有以下几点。

（1）高温性能好

磷酸铁锂电热峰值可达350 ℃～500 ℃，而锰酸锂和钴酸锂只在200 ℃左右。工作温度范围宽广（-20 ℃～+75 ℃），有耐高温特性。

（2）大容量

具有比普通电池（铅酸等）更大的容量——5～1 000 AH（单体）。

（3）无记忆效应

可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫作记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

（4）重量轻

同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。

（5）环保

金属交易市场，钴（Co）最贵，并且存储量不多，镍（Ni）、锰（Mn）较便宜，而铁（Fe）最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4 正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。

作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学性能稳定、使用中安全（不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸）、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4 作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电（5～10 C放电）、放电电压平稳上、安全上（不燃烧、不爆炸）、寿命上（循环次数）、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。

磷酸铁锂电池也有其缺点：例如低温性能差，正极材料振实密度小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。而用于动力电池时，磷酸铁锂电池和其他电池一样，需要面对电池一致性问题。

3.磷酸铁锂电池的应用

由于磷酸铁锂电池具有上述特点，并且生产出各种不同容量的电池，很快得到广泛的应用。

（1）比亚迪E6

比亚迪E6 采用磷酸铁锂动力电池，该动力电池是正极采用磷酸铁锂材料的锂离子电池。比亚迪E6 动力电池的单体电池电压为3.3 V，有11 个电池模组构成，共96 节单体电池，标称电压为316.8 V。电池安装在车辆的底部，如图2-3-5 所示。动力电池的外观如图2-3-6 所示。

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