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第50章 磷酸铁锂电池（第1页）

思考过后，杨镜舟决定从磷酸铁锂电池入手，制造成本低，安全性高，无环境污染等优势，对于前期的推广有着巨大的优势，技术要求相对较低。

磷酸铁锂电池，是一种使用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料，碳作为负极材料的锂离子电池，单体额定电压为3.2V，充电截止电压为3.6V~3.65V。

充电过程中，磷酸铁锂中的部分锂离子脱出，经电解质传递到负极，嵌入负极碳材料；同时从正极释放出电子，自外电路到达负极，维持化学反应的平衡。

放电过程中，锂离子自负极脱出，经电解质到达正极，同时负极释放电子，自外电路到达正极，为外界提供能量。

磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点。

在LiFePO4的晶体结构中，氧原子呈六方紧密堆积排列。

PO43-四面体和FeO6八面体构成晶体的空间骨架，Li和Fe占据八面体空隙，而P占据四面体空隙，其中Fe占据八面体的共角位置，Li占据八面体的共边位置。

FeO6八面体在晶体的bc面上相互连接，b轴方向上的LiO6八面体结构相互连接成链状结构。

1个FeO6八面体与2个LiO6八面体和1个PO43-四面体共棱。

由于FeO6共边八面体网络不连续，致使不能形成电子导电；同时，PO43-四面体限制了晶格的体积变化，影响了Li+的脱嵌和电子扩散，导致LiFePO4正极材料电子导电率和离子扩散效率极低。

LiFePO4电池的理论比容量较高（约为170mAhg），放电平台是3.4V。

Li+在正负两极之间往返脱-嵌实现充放电，充电时发生氧化反应，Li+从正极迁出，经电解液嵌入负极，铁从Fe2+变成Fe3+，发生氧化反应。

电池结构特点

磷酸铁锂电池左边是橄榄石结构的LiFePO4材料构成的正极，由铝箔与电池正极连接。

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。

中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，锂离子可以通过隔膜而电子不能通过隔膜。

电池内部充有电解质，电池由金属外壳密闭封装。

电池充放电原理

磷酸铁锂电池的充放电反应是在LiFePO4和FePO4两相之间进行。

在充电过程中，LiFePO4逐渐脱离出锂离子形成FePO4，在放电过程中，锂离子嵌入FePO4形成LiFePO4。

电池充电时，锂离子从磷酸铁锂晶体迁移到晶体表面，在电场力的作用下，进入电解液，然后穿过隔膜，再经电解液迁移到石墨晶体的表面，而后嵌入石墨晶格中。

与此同时，电子经导电体流向正极的铝箔集电极，经极耳、电池正极柱、外电路、负极极柱、负极极耳流向电池负极的铜箔集流体，再经导电体流到石墨负极，使负极的电荷达至平衡。

锂离子从磷酸铁锂脱嵌后，磷酸铁锂转化成磷酸铁。

电池放电时，锂离子从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，然后穿过隔膜，经电解液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。

与此同时，电子经导电体流向负极的铜箔集电极，经极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体，再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷达至平衡。

锂离子嵌入到磷酸铁晶体后，磷酸铁转化为磷酸铁锂。

磷酸铁锂电池的特点

能量密度较高据报道，2018年量产的方形铝壳磷酸铁锂电池单体能量密度在160Whkg左右，2019年一些优秀的电池厂家大概能做到175-180Whkg的水平，个别厉害的厂家采用叠片工艺、容量做得大些，或能做到185Whkg。

安全性能好磷酸铁锂电池正极材料电化学性能比较稳定，这决定了它具有着平稳的充放电平台，因此，在充放电过程中电池的结构不会发生变化，不会燃烧爆炸，并且即使在短路、过充、挤压、针刺等特殊条件下，仍然是非常安全的。

循环寿命长磷酸铁锂电池1C循环寿命普遍达2000次，甚至达到3500次以上，而对于储能市场要求达到4000-5000次以上，保证8-10年的使用寿命，高于三元电池1000多次的循环寿命，而长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右。

磷酸铁锂的合成

磷酸铁锂的合成工艺已基本完善，主要分为固相法和液相法。

其中以高温固相反应法最为常用，也有研究者将固相法中的微波合成法及液相法中的水热合成法结合使用——微波水热法。

另外，磷酸铁锂的合成方法还包括仿生法、冷却干燥法、乳化干燥法、脉冲激光沉积法等，通过选择不同的方法，合成粒度小、分散性能好的产物，可以有效缩短Li+的扩散路径，两相间的接触面积增大，Li+的扩散速度加快。

下发了相关的资料后，在钞能力的作用下，采取一边研究，一边测试，一边建立生产基地，全力推进相关的工作，杨镜舟负责把关进度，仅仅一个星期的时间，在实验室就取得了成功，在进行了相关的测试工作后，杨镜舟非常的满意，完全达到预想中的效果。

召集了负责摩托车生产的人员，讲解了电池的有关性能，要求尽快的设计生产线，原有的生产线能进行改造的就改，未来只保留现有的一半产能就足以满足市场需求。

在思考了过后决定，电池未来主产地放在渝市，相关的衍生品可以在上海和深圳建厂，一来可以保持技术优势防止泄密，二则是以后销售产品会取得优势，降低相关的生产成本。

杨镜舟给上海的负责人龚朝宗，深圳的负责人钱通打了电话，讲解了新式电动摩托车对龙兴的重大意义，要求他们立即个跟当地政府进行协商，先完成前期的准备工作。

等总部这边相关的工作完成，会立马派出工作人员前往生产基地，时间就是金钱，王镜舟的梦想很大，容不下他拖拖拉拉的进行。

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