磷酸鐵鋰電池充放電機理.doc

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1、磷酸鐵鋰電池的充放電機理及釋疑（通俗篇）1．充電機理：充電時，電池的正極、負極間外接一正向電壓，這個正向電壓在電池的正極、負極間產生了正向電場，帶電離子在電場中受力要移動，其中帶正電的鋰離子向負極移動，鋰離子脫出正極后，正極上就多出了電子，正極上的電子則受充電電源正極吸引力向充電電源的正極移動，充電電源負極的電子受電池負極（帶正電的鋰離子）吸引力向電源的負極移動。這樣的結果是：電源正極的鋰離子在電池內部由正極流向負極，電源正極的電子由電池正極經電池外部流向電池負極，電子在導體的有序移動就產生了電流（不過物理學規(guī)定電流的方向與電子流的方向相反）

2、，其實充電的過程就是由外部電源強行將鋰離子從正極拉到負極的過程，這個過程是一個純物理過程，沒有任何化學反應，充電過程中電池正極重量在減少，負極重量在增加。充了電的電池正極和負極是中性的，并不像人們想象的正極有多余的正電荷，負極有多余的電子。電池怕過沖電，過沖后果可以這樣理解，隨著充電的不斷進行，電池正極的鋰離子不斷減少，由于鋰離子和磷酸根離子有親和力，減少到一定程度必須提高充電電壓（增強電池內部的電場強度）才能將越來越少的鋰離子拉到負極，這樣將破壞正極材料和負極材料的結構和性能，對電池造成傷害，影響電池壽命。為了防止過充，設計了控制器對充電過

3、程進行控制，充到一定程度控制器切斷充電電源，結束充電過程。充電就是讓電池儲存能量，儲存能量的數(shù)值等于充電時間對充電電壓與電流乘積的積分。2.放電機理：電池外部接上負載后，由于鋰離子和磷酸根離子有親和力，磷酸根離子吸引鋰離子從電池負極向電池正極移動，移到正極的鋰離子又吸引外接電路中的電子向電池正極移動，由于鋰離子從電池負極向電池正極移動，負極就多了電子，多的電子通過外部導體和負載負載向正極移動，這樣的結果是：電源負極的鋰離子在電池內部由負極流向正極，電源負極的電子由電池負極經電池外部流向電池正極，電子在導體的移動就產生了電流，放電過程也是一個純

4、物理過程，沒有任何化學反應，放電過程中電池正極重量在增加，負極重量在減少。放了電的電池正極和負極也是中性的。電池怕過放電，過放后果可以這樣理解，隨著放電的不斷進行，電池負極的鋰離子不斷減少，當負極幾乎沒有鋰離子了，活躍程度弱于鋰離子的銅離子在便向正極移動，這樣將破壞負極材料和正極材料的性能，對電池造成傷害，影響電池壽命。為了防止過放，設計了控制器對放電過程進行控制，放到一定程度控制器切斷負載，結束放電。放電就是電池釋放能量，釋放能量的數(shù)值等于放電時間對放電電壓與電流乘積的積分。3．釋疑：（1）關于電的速度：光的傳播速度就是光子的移動速度，而電

5、的傳播速度是指電場的傳播速度，不是電子的移動速度。導線中的電子每秒能移動幾米就已經是很高的速度了。電子在導體中是排隊前進的，電場的傳播速度非?？?，在真空中，這個速度的大小約接近于光速?！半姟钡膫鞑ミ^程大致是這樣的：電路接通以前，金屬導線中雖然各處都有自由電子，但導線內并無電場，整個導線處于靜電平衡狀態(tài)，自由電子只做無規(guī)則的熱運動而沒有定向運動，當然導線中也沒有電流。當電路一接通，電場就以大約光速的速度傳播出去，使電路各處的導線中迅速建立起電場，電場推動當?shù)氐淖杂呻娮幼銎七\動，形成電流。那種認為開關接通后，自由電子從電源出發(fā)，以漂移速度定向運

6、動，到達電燈之后，燈才能亮，完全是一種誤解。（2）.關于電池電壓、電流和容量：電是看不見摸不著的，對非專業(yè)人員可以靠想象來理解，把電池想象成比如氣球或內胎等壓力容器，電壓（Ｖ）可以想象成氣壓（ｋＰａ），電流（Ａ）想象成氣的流量（ｍ3/h），容量（ＡＨ）想象成容器內氣體的多少（ｍ3）（換算到常壓），對電池充電想象成充氣,電池放電想象成放氣，單體磷酸鐵鋰電池充電電壓不能超過4.2Ｖ,單格鉛酸電池充電電壓不能超過2.4Ｖ,這可以想象成氣球能承受的壓力要低于內胎承受的壓力。氣球和內胎的材質限定了各自承受壓力的極限，磷酸鐵鋰電池和鉛酸電池的材質、結構限

7、定了各自承受電壓的極限，所以想做出高電壓的單體磷酸鐵鋰電池是不可能的，要想提高電壓只能靠將若干單體磷酸鐵鋰電池串聯(lián)起來使用。（3）.關于隔膜：磷酸鐵鋰電池正、負極必須用隔膜隔開，隔膜是絕緣體，隔膜內沒有自由電子，電子是不能穿過隔膜的，隔膜還隔離了電解液，所以不論是充電還是放電，電池內沒有電子的移動，只有鋰離子通過隔膜微孔在電池正、負極間穿梭，電子只能在電池的外部移動。試想一下，如果電池正、負極間沒有隔膜，那電池不就是個導體了嗎？很可怕。（4）.關于電解液：電解液是導電的，它能夠讓鋰離子順利在電池正、負極間嵌入、脫出，電解液的質量直接影響電池內

8、阻和壽命，電池內阻越小越好。電池的內阻乘以放電電流就是電池消耗的電壓，比如電啟動摩托車時，6Ｖ的電瓶輸出只有4ｖ，有2ｖ降在了電池內部。（5）.關于自放電：自放電又