磷酸铁锂电池与绿色能源

磷酸铁锂电池与绿色能源

磷酸铁锂电池与绿色能源

题 目 磷酸铁锂电池与绿色能源 姓 名 王昊鹏 学 号 20100915104 院 系 化学化工学院 专业班级 化工专业101班 完成时间 2012年12月2日

摘要：磷酸铁锂电池（LiFePO4）具有开路电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、

自放电小、耐高温、大容量、无记忆效应等优点使其成为移动便携工具的首选能源。 另外磷酸铁锂是一种将化学能通过电化学反应直接转化为电能的装置，具有较高的转化效率，同时不会造成环境污染，被全世界公认为新型的绿色能源。而我国863计划已明确提出发展新一代电动汽车技术，作为我国汽车科技创新的主攻方向，计划在“十一五”期间，以电动汽车的产业化技术平台为工作重点，力争取得重大突破，实现交通能源结构的多元化，维护国家能源安全，减轻汽车排放污染，保障社会可持续发展。

关键字：磷酸铁锂、电动公交、绿色能源

磷酸铁锂电池与绿色能源 磷酸铁锂电池与绿色能源

1.1 磷酸铁锂基本介绍

磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。当前锂 电池的正极材料主要有4种，即：磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂和三元材料。组成电池正极材料的金属元素中，钴最贵，并且存储量不多，镍、锰较便宜，而铁最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用磷酸铁锂正极材料做成的锂离子电池应是最便宜 的最普遍的。另外一个特点是对环境无污染。 磷酸铁锂电池，一个主要用途是用作动力电池，作为可充电电池的要求是：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、电化学稳定性能、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。采用磷酸铁锂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（5～10C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。 1.2 磷酸铁锂的特性优势

? 超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动

力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护又半年”，最多也就1—1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到７－８年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。

? 使用安全，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强

烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。

? 可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起

动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。

? 耐高温，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。 ? 大容量、无记忆效应。

? 质量轻 、成本低廉、绿色环保。 1.3 磷酸铁锂电池结构与工作原理

磷酸铁锂电池与绿色能源 LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是LiFePO4（橄榄石结构）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。

图1

LiFePO4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。 LiFePO4电池充放电反应：

磷酸铁锂电池负极材料主要为C，正极材料主要为磷酸亚铁锂LiFePO4，电极浸润在电解液六氟磷酸锂LiPF4盐的有机溶剂中。

放电时电极反应为： 负极：LiC =Li + C + e

正极：FePO4 + Li + e = LiFePO4 总反应：FePO4 + LiC = C + LiFePO4 充电时电极反应为： 阴极： C + Li + e= LiC

阳极： LiFePO4 = FePO4 + Li + e 总反应： C + LiFePO4 = FePO4 + LiC

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磷酸铁锂电池与绿色能源 1.4 磷酸铁锂电池的运用

它主要应用领域有：大型电动车辆：公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等； 轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等； 电动工具：电钻、电锯、割草机等；遥控汽车、船、飞机等玩具；太阳能及风力发电的储能设备；UPS及应急灯、警示灯及矿灯（安全性最好）；替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池（尺寸完全相同）；小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

其中，电动公交车是指以车载电源为动力，全部使用电能行驶，噪音小，行驶稳定性高，并且实现零排放，能够促进空气质量的改善达到节能减排，磷酸铁锂电池凭其优越性，普遍运用在电动公交中。世界能源和环境日益恶化，我国形势更加严峻，特别是城市大气污染尤为严重。因汽车尾气排放造成的空气污染，已成为困扰北京、上海、广州等大城市的严重问题。中国环境监测总站吴国平研究员等对我国广州、武汉、兰州、重庆4个城市的大气PM2.5 污染水平进行了监测，结果表明这些城市的PM2. 5水平普遍超过了美国新标准的2到8倍。 组内电池均衡换电方式还便于电池使用过程中的维护，及早发现电池差异，对电池组进行均衡处理，甚至更换性能差异较大的电池，有效延长电池组的寿命。同时，当动力电池无法在电动车上应用时，电池性能仅下降了30%-40%左右，还有巨大的利用空间，可在变电站直流电源、储能电站等方面对电池进行梯次利用。另外，还可以根据行车路线，做到电机、电池重量与车辆运行最佳匹配，比如按照两个来回70公里，电池仅六七百公斤。这样，节省电池，降低车的重量，提高运行维护效率和效益。因此，通过换电方式，延长动力电池利益链，有效减少电动车使用动力电池的成本，提高电动车经济性。

所以，磷酸铁锂电池的发展前景何其广阔，而它在我们日常生活中扮演的角色也越来越多，让我们继续期待吧！

参考文献：

【1】网络资料 中国学术文献网 【2】物理化学教材 刘长寿 石秋芝 【3】电化学原理

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/czwf.html