【科·堂】图解磷酸铁锂电池工作原理
2020-04-22
本文已获得授权转载自：明哲工作室 作者：叶明哲
随着5G站点大规模的铺开和建设，发现部分站点因为空间狭窄和承重等因素，传统的铅酸电池难以布置和安装，加上站点运行环境恶劣也不利于铅酸电池运行。而铁锂电池体积小，容量大、耐高温性能出色，不存在过放电问题，可以弥补铅酸电池的不足，这里介绍铁锂电池的结构和原理。
1
铁锂电池结构
磷酸铁锂电池简称铁锂电池，采用橄榄石结构的LiFePO4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，但锂离子可以通过而电子不能通过，右边是由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解质，电池由金属外壳密闭封装，如图1。电池在充电时，正极中的锂离子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。
图1 铁锂电池结构图
2
电池充电
充电时，锂离子在电场力的作用下，从磷酸铁锂晶体表面，进入电解液，穿过隔膜，再迁移到石墨晶体的表面，然后嵌入石墨晶格中。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后，磷酸铁锂转化成磷酸铁，过程如图2：
图2 电池充电模式
3
电池放电
放电时，锂离子从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，穿过隔膜，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。过程如图3：
图3 电池放电模式
磷酸铁锂电池单体标称电压3.2V，单体充电电压为3.7V，放电终止电压为2.5V，电池模组由电池单体和电池管理系统（BMS）组成，通常由15节或16节单体串联组成48V电池模组，推荐15节。