本文目录一览：
磷酸铁锂电池的主要工作原理是什么
锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能，并且有不同的名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂(LiMn2O4)，另外还有少数采用镍酸锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池。新开发的磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP）材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。
图1：磷酸铁锂电池工作原理
磷酸铁锂电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的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。
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。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
由于磷酸铁锂电池具有无可比拟的优势，可广泛应用于多个领域。根据市场普及程度，磷酸铁锂应用大致分三个阶段：
第一阶段（目前较为广泛）：
1．电动工具：电钻、电锯、割草机等；
2．遥控汽车、船、飞机等玩具；
3．不间断电源（UPS）及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好)；
4、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）；
第二阶段（目前正在兴起）：
1．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；
2．太阳能及风力发电的储能设备；
3．小型医疗仪器设备及便携式仪器等。
第三阶段（目前靠政府推动）：
1．大型电动车辆：公交车、汽车、景点游览车及混合动力车等。
磷酸铁锂电池原理及构造
目前商品化的磷酸铁锂电池一般由以下部分构成：正极材料（磷酸铁锂）、负极材料（石墨）、同时还有作为正极负集流体的铝箔（正）、铜箔（负），正负极极耳（即从集流体引出）。此外，还有隔膜、电解液、铝塑膜，电池保护板。采用的是卷绕式，制成18650型电池。
原理就是当放电的时候，Li离子从负极迁移到正极；而充电时，Li离子从正极迁移到负极，是一个摇椅式电池。
磷酸铁锂电池的优点和缺点分别是什么？
磷酸铁锂电池的优点是：
1 磷酸铁锂电池的寿命长，循环寿命在2000次以上。在同样的条件下，磷酸铁锂电池可使用7到8年的时间。
2 使用安全。磷酸铁锂电池经过严格的安全测试，即使在交通事故中也不会发生爆炸。
3 充电快速。使用专用充电器，1.5C充电40分钟即可以使电池充满。
4 磷酸铁锂电池耐高温，磷酸铁锂电池热风值可以达到350到500摄氏度。
5 磷酸铁锂电池的容量大。
6 磷酸铁锂电池没有记忆效应。
7 磷酸铁锂电池绿色环保，无毒，无污染，原材料来源广泛，价格便宜。
磷酸铁锂电池的缺点是：
1 磷酸铁锂电池正极的振实密度小，密度一般在0.8到1.3左右。体积大。
2 导电性能差，锂离子扩散速度慢，高倍充放电时，实际的比容量低。
3 磷酸铁锂电池的低温性能差。
4 磷酸铁锂电池单个电池的寿命长，在2000次左右，但是磷酸铁锂电池组的寿命短，一般在500次左右。
扩展资料：
安全性能的改善
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。有报告指出，实际操作中针刺或短路实验中发现有小部分样品出现燃烧现象，但未出现一例爆炸事件，而过充实验中使用大大超出自身放电电压数倍的高电压充电，发现依然有爆炸现象。虽然如此，其过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池，已大有改善。
寿命的改善
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。
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小时率）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，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，理论寿命将达到7~8年。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。大电流放电可大电流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,而铅酸电池无此性能。
高温性能好
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。工作温度范围宽广（-20C--+75C），有耐高温特性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。
国内现在普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料，从政府、科研机构、企业甚至是证券公司等市场分析员都看好这一材料，将其作为动力型锂离子电池的发展方向。分析其原因，主要有下列两点：首先是受到美国研发方向的影响，美国Valence与A123公司最早采用磷酸铁锂做锂离子电池的正极材料。其次是国内一直没有制备出可供动力型锂离子电池使用的具有良好高温循环与储存性能的锰酸锂材料。但磷酸铁锂也存在不容忽视的根本性缺陷，归结起来主要有以下几点：
1、在磷酸铁锂制备时的烧结过程中，氧化铁在高温还原性气氛下存在被还原成单质铁的可能性。单质铁会引起电池的微短路，是电池中最忌讳的物质。这也是日本一直不将该材料作为动力型锂离子电池正极材料的主要原因。
2、磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低。低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。美国阿贡国家实验室储能系统中心主任Don Hillebrand博士谈到磷酸锂铁电池低温性能的时候，他用terrible来形容，他们对磷酸铁锂型锂离子电池测试结果表明表明磷酸铁锂电池在低温下（0℃以下）无法使电动汽车行驶。
尽管也有厂家宣称磷酸锂铁电池在低温下容量保持率还不错，但是那是在放电电流较小和放电截止电压很低的情况下。在这种状况下，设备根本就无法启动工作。
参考资料：百度百科-磷酸铁锂电池
