鉅大LARGE | 點擊量：864次 | 2021年04月27日
磷酸鐵鋰離子電池為何性能好？是因為本身的缺陷嗎？
十一月一日消息，一項最新研究已經(jīng)解答了為何使用磷酸鐵鋰材料作為電池正極通常都會讓電池性能超出預期：其中的秘密就源自于它內部的缺陷。材料科學家MingTang在一篇新聞稿中稱：我們都清楚這種材料效果非常好，但是關于其中的真正原因科學家們一直爭論不休。這種材料在許多方面并非如此優(yōu)秀，但是有時候又會超出人們的預期。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在制造磷酸鐵鋰的過程中，它晶格中的一些原子出現(xiàn)了一種名為反位缺陷的錯位現(xiàn)象?？茖W家通過研究發(fā)現(xiàn)，這種反位缺陷或許能夠解答這種材料令人敬佩的性能表現(xiàn)。這種缺陷讓正極材料能夠從更大的表面區(qū)域釋放和收集鋰離子。
在此之前，科學家們假定鋰離子只能夠在單一方向上移動，這樣就限制了能夠釋放和吸收鋰離子的材料表面大小。顯微成像技術和計算機模型讓科學家們能夠在電池充電過程中觀察到離子的運動狀態(tài)?？茖W家們分析表明，反位缺陷的存在讓離子出現(xiàn)了新的運動方向。
這種缺陷有效的新增了磷酸鐵鋰納米棒的表面活躍區(qū)域，讓正極和電解液之間的鋰離子傳播更加高效。Tang聲稱：大多數(shù)電池正極都被打造成薄盤的形狀來新增鋰離子的單向運動。我們的發(fā)現(xiàn)改變了我們對磷酸鐵鋰最優(yōu)化形狀設計的看法。這種缺陷的存在讓鋰離子能夠多方向運動，這意味著我們讓性能最大化的設計標準是完全不準確的。
即使是電池研究領域的專家們也并非全部了解鋰離子電池及其部件的電化學性能和過程。但是隨著更多的科學家來設想和分析這些電化學過程和性能，我們將能夠更多的對其進行完善，讓鋰離子電池的性能盡可能的高效。磷酸鐵鋰離子電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料重要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
磷酸鐵鋰離子電池結構與工作原理
LiFePO4電池的內部結構如圖1所示。左邊是橄欖石結構的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳（石墨）組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質，電池由金屬外殼密閉封裝。
圖1LiFePO4電池內部結構
LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移；在放電過程中，負極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的。
磷酸鐵鋰離子電池的特點
高效率輸出：標準放電為2～5C、持續(xù)高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電（10S）可達20C；
高溫時性能良好：外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃，電池放電結束時溫度可達160℃，電池的結構安全、完好；
即使電池內部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；
極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；
過放電到零伏也無損壞；
可快速充電；
低成本；
無記憶效應：可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應。鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰離子電池無此現(xiàn)象，電池無論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。
體積小、重量輕，同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰離子電池的體積是鉛酸電池體積的1/3，重量是鉛酸電池的1/3。
對環(huán)境無污染，該電池不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無毒（SGS認證通過），無污染，符合歐洲ROHS規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池。鉛酸電池中卻存在著大量的鉛，在廢棄后若處理不當，仍將對環(huán)境形成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無論在生產(chǎn)及使用過程中，均無污染。
