Principio de funcionamiento y campo de aplicación de la batería de fosfato de hierro y litio

La batería de fosfato de hierro y litio, como batería de gran éxito de venta, tiene las ventajas de una larga vida útil, alta densidad de energía, alta seguridad, protección del medio ambiente y ahorro de energía. Se utiliza ampliamente en herramientas eléctricas, sistemas solares, drones, bancos de energía, equipos médicos y juguetes. Este artículo presentará en profundidad la aplicación y el principio de funcionamiento de la batería de fosfato de hierro y litio en juguetes.

1. Estructura básica de la batería de fosfato de hierro y litio.

Batería de fosfato de hierro y litioSe compone principalmente de electrodo positivo, electrodo negativo, electrolito y separador. Entre ellos, el material del electrodo positivo es fosfato de hierro y litio (LiFePO4), el material del electrodo negativo es grafito, el electrolito es un disolvente orgánico y una solución salina, y el separador se utiliza para evitar el contacto directo entre los materiales del electrodo positivo y negativo. Tanto los materiales de los electrodos positivos como los negativos tienen un mejor rendimiento que los materiales de las baterías tradicionales. Entre ellos, el fosfato de litio y hierro tiene una estructura cristalina tetraédrica con una constante de red de 0,503 nm, que tiene alta cristalinidad y buena estabilidad. Además, el fosfato de litio y hierro tiene baja reactividad y alta seguridad, por lo que no es fácil provocar situaciones peligrosas como una explosión. El grafito tiene buena conductividad eléctrica y propiedades electroquímicas, y puede soportar entornos de alta corriente y alto voltaje.

2.Principio de funcionamiento de la batería de fosfato de hierro y litio.

Cuando la batería de fosfato de hierro y litio se está cargando, los iones de litio Li+ del electrodo positivo migran al electrodo negativo a través del separador de polímero; Durante el proceso de descarga, los iones de litio Li+ del electrodo negativo migran al electrodo positivo a través del separador. Las baterías de iones de litio reciben su nombre porque los iones de litio migran de un lado a otro durante la carga y descarga.

2.1.1.Principio de carga de la batería de fosfato de hierro y litio

Cuando se carga la batería de fosfato de hierro y litio, Li + migra desde la superficie 010 del cristal de fosfato de hierro y litio a la superficie del cristal, ingresa al electrolito bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico, pasa a través del diafragma y luego migra a la superficie de El grafeno a través de la electrólisis, y luego incrustados en la red de grafeno, al mismo tiempo, los electrones fluyen a través del conductor hasta el electrodo de papel de aluminio del electrodo positivo, a través de la pestaña, el polo de la batería, el circuito externo, el polo negativo y la pestaña negativa para el colector de corriente de lámina de cobre del electrodo negativo y luego a través del conductor hasta el electrodo negativo de grafito, la carga del electrodo negativo alcanza el equilibrio. Después de que los iones de litio se desintercalan del fosfato de litio y hierro, el fosfato de litio y hierro se convierte en fosfato de hierro.

2.1.2. Principio de descarga de la batería de fosfato de hierro y litio.

Cuando se descarga la batería de fosfato de hierro y litio, el Li+ se desintercala del cristal de grafito, ingresa al electrolito, pasa a través del diafragma y luego migra a la superficie del cristal de fosfato de hierro y litio a través del electrolito y luego se vuelve a incrustar en el litio. fosfato de hierro a través de la superficie 010 dentro de la red. Al mismo tiempo, la batería fluye hacia el colector de lámina de cobre del electrodo negativo a través del conductor, fluye hacia el colector de lámina de cobre del electrodo positivo a través de la pestaña, el polo negativo de la batería, el circuito externo, el polo positivo, y la pestaña positiva, y luego fluye hacia el electrodo positivo de fosfato de hierro y litio a través del conductor, de modo que las cargas en el electrodo positivo estén en equilibrio.

2.2. Ecuación de reacción química del paquete de baterías de fosfato de hierro y litio

Reacción positiva: LiFePO4 ⇔ Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-;

Reacción negativa: xLi+ +xe- +6C⇔LixC6;

La fórmula de reacción general: LiFePO4+6xC⇔Li1-xFePO4+LixC6.

3.Ventajas de la batería de fosfato de hierro y litio

En comparación con otros tipos de baterías, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen las siguientes ventajas:

3.1 Ciclo de vida largo:

El ciclo de vida de las baterías de fosfato de hierro y litio es mucho mayor que el de las baterías de plomo-ácido y las baterías de níquel-hidruro metálico, y su ciclo de vida puede alcanzar más de 2000 veces.

3.2 Alta densidad de energía:

Las baterías de fosfato de hierro y litio se pueden utilizar en muchos campos que requieren una alta densidad de energía, y su densidad de energía es generalmente de 140 a 160 wh/kg, que es 1,5 veces mayor que la de las baterías de plomo-ácido y las de níquel-hidruro metálico.

3.3 Alta seguridad:

La reacción química de la batería de fosfato de hierro y litio es más estable y el riesgo de fuga térmica es menor, por lo que no es fácil causar problemas como explosiones e incendios.

3.4 Protección del medio ambiente y ahorro de energía:

No es necesario agregar metales pesados ​​en la composición de las baterías de fosfato de hierro y litio, y hay poca contaminación ambiental, sin importar el uso o después de los gases de escape; y también puede utilizar eficientemente la energía eléctrica para lograr el objetivo de ahorro de energía.

3.5 Buena adaptabilidad a la temperatura:

Las baterías de fosfato de hierro y litio pueden funcionar normalmente en entornos con temperaturas relativamente duras (-20 °C a 60 °C).

3.6 Sin efecto memoria:

No hay efecto memoria cuando la batería de fosfato de hierro y litio se carga y descarga.

3.7 Velocidad de carga rápida:

El fosfato de hierro y litio se puede cargar en 1 o 2 horas. Es más rápido que la batería en general.