磷酸鐵鋰電池的工作原理
磷酸鐵鋰電池，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主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。
磷酸鐵鋰電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負(fù)極遷移；在放電過程中，負(fù)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(shí)來回遷移而命名的。
磷酸鐵鋰電池充電時(shí)，Li+從磷酸鐵鋰晶體的010面遷移到晶體表面，在電場力的作用下，進(jìn)入電解液，穿過隔膜，再經(jīng)電解遷移到石墨烯的表面，然后嵌入石墨烯晶格中，與此同時(shí)，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向正極的鋁箔電極，經(jīng)極耳、電池極柱、外電路、負(fù)極極柱、負(fù)極耳流向負(fù)極的銅箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體到石墨負(fù)極，是負(fù)極的電荷達(dá)至平衡，鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)化成磷酸鐵。
磷酸鐵鋰電池放電時(shí)，Li+從石墨晶體中脫嵌出來，進(jìn)入電解液，穿過隔膜，再經(jīng)電解液遷移到磷酸鐵鋰晶體的表面，然后重新經(jīng)010面嵌入到磷酸鐵鋰的晶格內(nèi)。同時(shí)，電池經(jīng)導(dǎo)電體流向負(fù)極的銅箔集電極，經(jīng)極耳、電池負(fù)極柱、外電路、正極極柱、正極耳流向正極的銅箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體到磷酸鐵鋰正極，使正極的電荷達(dá)到平衡狀態(tài)。
磷酸鐵鋰電池化學(xué)反應(yīng)方程式
鋰離子電池的正極是含金屬鋰的化合物，一般為鋰鐵磷酸鹽（如磷酸鐵鋰 LiFePO4 、磷酸鈷鋰 LiCoO2 等），負(fù)極是石墨或炭（一般多用石墨），正負(fù)極之間使用有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)。在對電池進(jìn)行充電時(shí)，正極上分解生成鋰離子，鋰離子通過電解質(zhì)進(jìn)入電池負(fù)極，嵌入負(fù)極碳層的微孔中。在電池的使用過程中（相當(dāng)于放電），嵌在負(fù)極微孔中的鋰離子又運(yùn)動回正極。回到正極的鋰離子越多，放電容量就越高，我們平時(shí)所指的電池容量就是放電容量。這樣，在電池充放電過程中，鋰離子不斷地在正負(fù)極之間來回奔跑，所以鋰離子電池也被稱為搖椅式電池。
如下所示為磷酸鐵鋰電池的電化學(xué)反應(yīng)方程式：
正極反應(yīng)：LiFePO4 ? Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- ；
負(fù)極反應(yīng)：xLi+ +xe- +6C?LixC6；
總反應(yīng)式：LiFePO4+6xC?Li1-xFePO4+LixC6。
磷酸鐵鋰電池工作溫度
目前使用相對較多的鋰電池組是磷酸鐵鋰電池組，因?yàn)榇蠹叶贾冷囯姵乇旧淼姆€(wěn)定性較差，相對來講其安全系數(shù)并不是很高，而磷酸鐵鋰電池則是在原有的鋰離子電池的正極材料基礎(chǔ)上對其進(jìn)行改進(jìn)，讓其的安全系數(shù)更高，常見的磷酸鐵鋰電池組正極材料有鉆酸鋰，錳酸鋰以及鎳酸鋰等等，最為常用的則是鉆酸鋰。雖然磷酸鐵鋰電池組也屬于鋰離子電池，但是從正極材料上我們可以看出，磷酸鐵鋰電池是目前鋰離子電池中穩(wěn)定性較高的電池，而且就成本來講，也不算很高，所以磷酸鐵鋰電池組在一些大型工業(yè)以及移動移動基站中使用的越來越多。
但是磷酸鐵鋰電池的振實(shí)密度較低，也正是這一特點(diǎn)決定了磷酸鐵鋰電池在電動工具方面上的使用有所成效，相對來講如果將磷酸鐵鋰電池應(yīng)用在手機(jī)上，那么它的弊端則暴露無遺，最為明顯的一個(gè)缺點(diǎn)就是容量不足。在工作的時(shí)候，磷酸鐵鋰電池組難免會產(chǎn)生熱量，一般來講，磷酸鐵鋰電池組的工作環(huán)境是-50℃到+80℃之間，但是實(shí)際情況中，磷酸鐵鋰電池組在工作的過程中以及國祚過程之后都是需要產(chǎn)生熱量的，所以，我們最好將磷酸鐵鋰電池組的溫度控制在+50攝氏度之下，然而磷酸鐵鋰電池組最大的一個(gè)缺點(diǎn)就是對于低溫的耐性很低，通俗的講就是磷酸鐵鋰電池組不耐低溫，所以盡量不要在超過的溫度范圍內(nèi)工作。
不管磷酸鐵鋰電池組是在高溫下工作還是低溫下工作，兩種情況都會對磷酸鐵鋰電池組產(chǎn)生較大的損耗，因?yàn)榱姿徼F鋰電池組長期在高溫下工作，雖然從化學(xué)角度來講有利于電極材料的轉(zhuǎn)換，但是上面也講到磷酸鐵鋰電池組主要應(yīng)用于電動工具方面，所以其放電量是很大的，雖然磷酸鐵鋰電池組具有耐高溫的特點(diǎn)，但是長期在高溫下工作也是會對磷酸鐵鋰電池組有一定的影響，最為常見的就是使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)電池組的容量明顯下降，對于此種情況，這是所有二次電池的通病，而磷酸鐵鋰電池在這方面的損耗還是相對較低的。而低溫對于磷酸鐵鋰電池組的影響可就稍微大點(diǎn)了，因?yàn)樯衔囊蔡岬竭^，磷酸鐵鋰電池組能夠有很好的穩(wěn)定性，全部得益于它的正極材料，但所謂凡事都有兩面性，雖然磷酸鐵鋰電池的正極材料使得其本身的穩(wěn)定性增強(qiáng)，安全性大漲，但是相對于其他的鋰電池來講，磷酸鐵鋰電池組的導(dǎo)電性能相對較差，而低溫是會影響到電解液的，因?yàn)楦邔?dǎo)電率的電解液的凝點(diǎn)較低，在低溫環(huán)境下很容易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，所以低溫環(huán)境對于磷酸鐵鋰申池組來講則是“雪上加霜”，在低溫下工作會發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池性能大幅度下降，工作時(shí)會有斷開的現(xiàn)象。
所以我們在使用磷酸鐵鋰電池組的時(shí)候要盡量把工作環(huán)境控制在一個(gè)較好的溫度環(huán)境之下。這樣才能讓我們的電池組使用的更持久。