磷酸铁锂的工作原理是怎样的，在实际使用中它又有着什么样的优势
引言
磷酸铁锂电池(LiFePO4)至今仍是最安全的锂电池，并逐渐为人们所喜爱，其在中国的方形电池中得到了最为广泛的应用。
同每充电一次只能行驶30英里的铅酸电池不同，应用于改装电动汽车的磷酸铁锂电池充电一次通常能够行驶80英里以上。
在关于锂离子的论述中，接下来所提到的“离子”就是“锂离子”。
磷酸铁锂电池的原理和分类
锂的稳定低能离子为1+。当然，也有带负电离子，但是在标准温度和压力下锂很难带负电。
氯化物、碳酸盐、氧化物、磷酸盐—这些都是负离子或阴离子，其稳定低能态为Cl-、CO32-、O2-以及PO43-。
离子的带电状态越远离其自然的、放松的以及低能的状态，则越不稳定。越不稳定，它就会越急切地想要回到此前的状态，也就会消耗更多的能量。
制作一个锂离子电池，仅需获得锂盐并去除其碳酸盐负离子。
可再充电电池将化学能转化为电势，一个带正电的锂离子进入阴极就有一个带负电的电子离开。
实际上，差不多每秒有无数的电子。这样电子运动便使电路产生了电流。在电动汽车系统中，势能存在于一个完全充电的电池组中，动能使电动汽车的车轮转动。
电池是电路的一部分，如果电子的流动被堵塞了，那么电子的流动也会相应放慢，于是整个电路便遇到了瓶颈。没有电子的流动就没有离子的流动，反之亦然。
在锂离子电池中，阴极和阳极实际上是类似于箔片的薄片。
阴极是由如尖晶石和橄榄石的晶体构成时，有点像是项链上的钻石，但是实际上它反而是又宽又扁并被黏稠的黑色粉末所覆盖了，锂电池主要分为以下几种类型：
1、圆柱形
A123制造的AA型电池就是一种圆柱形电池实际上，称这种类型为“卷绕式”更为准确，因为不同类型的区别不仅在于其表面。
圆柱形电池的电极和隔板一起被卷起来就像是长的凝胶卷，并且每个凝胶卷适合一个封装，然后单体电池可以变换封装成所需要的电池外壳类型。
2、方形
方形电池的电极和隔膜叠在一起就像一本书里的书页。电动汽车改装者从如中航锂电和中聚电池的中国公司购买的电池就是方形电池。
它们呈矩形状，有点类似乐高积木，但不能互锁。据称，由于肋状设计而使空气能够在其中流通，方形电池易于冷却。
在为大电流设备如电动汽车提供电流时，这是一个十分重要的因素，然而实际中这并没有太大的问题。
电池的空气冷却无论如何都要比液体冷却更便宜和简单。
3、软包
一般见到的软包电池大部分都是锂聚合物电池，软包电池的电极和隔膜没有置于一个外壳内，而是随电解质一起置于袋中。
电池电极可以接入导电箔接线片。软包电池的优势在于其可以适应各种空间，而刚性壳不可以，可以按需求将其制成任意形状。
缺点是这些导电箔易损，汽车的行驶环境是有颠簸、冲撞和振动的，这些都会破坏电池的连接。锂聚合物电池使用固态电解质而不是液态，能够保持形状。
但是软包电池容易膨胀，所以当在电动汽车上为它们制造电池框架时应该考虑到这一点。
锂电池的热失控
首先，什么是热失控。简而言之，是锂使自己着火的趋势。当我们首次发现锂擅长储能时，我们试图用它制作电池。
在对铅酸电池和其金属铅电极有经验的情况下，使用金属锂电极制作锂电池是可以的，它们有超出人们意料的能量密度。
而不幸的是，它们也具有着火的倾向。
从分子水平看，这是由于锂的氧化反应发热量大，意思是反应发生就会释放热量。
一个分子反应放出热量使周围分子反应速度加快，导致了不受控制反应恶性循环。这是热失控的基本原理。
热失控可以在一节电池内部发生，也可以以同样的方式在一组电池中发生。
如果一节已经着火的电池放置在其他没有着火的锂电池旁边，那么很快电池组中所有的锂电池就会燃烧起来。
在第一节锂电池研制出来的后续几年里，研究证明了如果首先使锂溶解，带正电的锂离子相较于金属锂要温和得多——尽管能量密度要差一些。
科学家发现如果他们对锂离子电池而非锂金属电池采取合理的保护(尤其是在充电过程)，那么电池将会很正常地工作。
大部分自身容易热失控的锂离子电池同时也是能量最密集的，如锂钴氧化物，其在302。
F达到热失控温度。自身最不容易热失控的锂离子电池同时也是能量最不密集的，如磷酸锂，其热失控温度为518。F。
其他锂离子电池介于两者之间，锰尖晶石成为最安全的LiFePO4替代物，热失控温度为482。F。
LiFePO4的安全性远高于其他锂离子电池，因为每个分子都有一个化学安全链，这有助于整个电池的稳定性。
化学家认为锂离子磷酸盐的氧化产物是稳定的磷酸铁，锂离子磷酸盐的完全氧化发生时电压相对较低，并且磷酸盐由于其强有力的化学键，是非常耐热的分子。
另一方面，其他锂离子化学物质严重依赖于化学制动不失效，使安全电池管理系统以确保热失控没有机会发生。
磷酸铁锂电池的优势
LiFePO4阴极如此特别的原因是什么？对于电动汽车其有三大优势：
首先就是功率密度。虽然并不是每个LiFePO4电池都有最优的功率密度，但其他可用的锂离子电池提供功率的能力都不如LiFePO4。
在实验室中可以通过许多方法对阴极进行改性。
化工基础使这样的能量密度成为可能的同时也使LiFePO4成为快速充放电的主要候选，仅次于超级电容。
其次，循环寿命。LiFePO4的阻抗比其他锂离子化学物质要小，其以树枝晶和“青苔状锂”的形式转化成阳极上的少量锂金属镀层。
这意味着LiFePO4电池比其他锂离子电池持续的时间更长。CALB(中航锂电)声称其电池在80%深度放电时循环寿命可达3000次。
如果合理地使用，它就能够拥有10年的使用寿命。
第三就是安全性。由于不得不面对电池进入热失控的状态，其热失控温度为518。F，明显高于其他锂化学物质。原因在于以分子水平运作的电池管理系统。
接下来我们可以不从分子角度讨论一下LiFePO4，并了解LiFePO4的一些特质FeO6中的氧分子被铁包围，因此其电子与相邻铁的电子隔绝，这就形成了铁绝缘的形式。
由于正确排列的绝缘的晶体结构可以构建离子和电子在阴极中快速流动的小型快速通道，因此我们希望电池阴极材料塞满了绝缘的分子。
但是科学家首先需要使一些电子移动，MichelArmand花费了六个月想出在锂磷酸盐晶体外包一层薄碳可能会明显地提高导电性。
麻省理工学院蒋业明实验室证明了向磷酸铁中掺杂超价离子，也就是带电的高能离子，能够显著提高电子导电率。
掺杂太多会降低导电率，恰到好处的掺杂能使导电率增加若干倍。掺杂是指在制作晶体时添加少量的物质，此处指超价铌或锆离子。
离子根据大小和电荷在可预测的位置自动排列成晶体，那么究竟这种掺杂有什么用？它会稍微使通道变形以创造一个更大的通道以使离子和电子通过。
好像许多LiFePO4阴极研究都走了这样一条路：科学家做一些事情改善导电性能；然后试图解释为什么会起作用；
他们发现他们不能理解并且会出现一系列全新的问题。或者他们创建的计算机模型理论上完美而实际上完全不起作用。
因此MIT的蒋业明团队提出几种想法来解决这个问题。一种是制作非常薄的阴极使其相对于阴极总体积而言表面积较大。
但遗憾的是，这样的阴极十分脆弱并且不会持续很久。蒋业明的另一个想法是在阴极中多增加几层。
代替Westin的35层，在同样的空间设置300层或3000层，这种方法的效果明显好于前一个想法，这就产生了纳米光子学，减小粒径至纳米级使锂离子的体扩散更快。
即使有了这些改进，扩散限制锂化似乎仍是LiFePO4的薄弱环节，理论和计算机模型中，锂离子本该在阴极中迅速通过，但是事实上并没有。
MIT的另一位材料科学家GerbCeder致力于解决这个谜团，并证明了对于LiFePO4有两个区域阻止锂扩散：第一个是在晶粒表面；
第二个是在晶粒内部——称为体扩散。Ceder发现离子不会陷在阴极内部，即使看起来是那样；它们实际是在阴极表面上减慢速度。
为什么？因为锂嵌入LiFePO4阴极的扩散同样不会发生在表面。FePO4有纹理，就像木材——是各向异性的。锂离子仅沿着纹理加载。
锂离子能够足够快地到达阴极，但是它们可能会撞到任意一边然后改变方向四处徘徊一会直到找到入口，这就占用了宝贵的时间。
Ceder发现他可以通过他描述为“跑道”(racetrack)的方式帮助离子，离子可以利用这个“跑道”迅速地从它们到达阴极的任意位置直接移动到纹理正确一边的入口。
一旦他为离子画出地图，锂就会在Ceder的带有涂层的晶体上以令人难以置信的速度加载和卸载。
有人认为该电池未来的版本的充电速度应该可以和提供果汁一样快。
结语
综上所述，磷酸铁锂电池具有高能量密度、高安全性、寿命长、充电性能好等优势。
是电池产业未来发展的重大趋势之一，非常适合应用于电动汽车改造。
参考文献：
《磷酸铁锂电池储能电站消防技术与工程应用》
《锂离子电池用磷酸铁锂正极材料》
《磷酸铁锂电池产品说明书》
《磷酸铁锂生产工艺:原理、技术和应用》
三大产业园助力 内江东兴区加快实施“产业强区”
封面新闻记者 黄晓庆
立足“城市经济新引擎、绿色低碳宜居地”的发展定位，四川省内江市东兴区抢抓成渝地区双城经济圈建设机遇，全面建设“五区四地”，走“产业强区”之路，按照“一区三园”布局，举全区之力打造中医药大健康产业园、新材料制造产业园、软件与信息技术服务外包产业园。
以道地药材天冬为核心
发展中医药大健康产业园
端午佳节，内江一家酒店隆重推出了“天冬宴”，有天冬腊味粽、天冬金蒜花枝卷、天冬清炖鸡豆花等等，光是看图片就让人垂涎欲滴。
东兴区被誉为“中国天冬之乡”，道地药材天冬上养肺、中补肾、外润肤，不仅可以入药入食，还可以研制出很多产品。
天冬
在位于郭北镇青台村的天冬产业园区内，一行一行的天冬长势良好，每行天冬之间还套种了玉米或者大豆。放眼望去，一片绿油油的景象。
东兴区以郭北镇、石子镇、白合镇为核心，在沿大、小清流河流域形成“两核一带”的天冬生态种植格局，大力推广粮药套种、林下间种等种植模式。目前，内江天冬核心种植区共栽种1万余亩，今年将继续新栽种3万亩以上。
当前，东兴区正按照育苗、种植、加工、交易、产品研发、品牌营销、康养旅游“七位一体”中医药大健康产业发展路径，着力发展壮大“中国天冬之乡”战略品牌，推动天冬产业全链条发展。力争到2030年，中医药大健康产业逐步实现“五个一”的目标，即一种道地药材、一个生态种植圈、一批“拳头”产品、一个现代中医药产业园区、一个百亿产业，打造西部大健康产业创新发展新高地、中医药高质量发展示范地。
以重点项目为抓手
打造新材料制造产业园
5月19日，东兴区委、区政府集中安排一天时间，以“现场拉练+工作会议”形式，召开全区抓项目促投资暨制造业招商引资集中攻坚行动推进会。
锂电池正极材料项目
“锂电池正极材料项目总投资达51亿元，是东兴区迄今为止签约投资额度最大的工业项目。该项目从接触、洽谈到签约，仅用了不到半年时间。目前一期项目正在打桩基，预计11月前开始试生产。”在东兴区经济开发区锂电池正极材料项目施工现场，东兴区副区长王恒介绍道。
以资源综合利用、新材料、装备制造产业为主的新材料制造产业园正在东兴区悄然崛起。
资源综合利用方面，已入驻中再生、邦兴等再生资源企业，形成再生资源集散交易市场；新材料方面，引进了鸿宇恒创、美标塑业等企业，四川宏特纤维增强硅酸钙板产品生产线、澳彩（内江）新型材料生产基地等项目在加快建设中；装备制造方面，广安杆塔已建成投产，四川积玉也在加快建设中。
下一步，东兴区将继续围绕园区产业发展方向，积极引进优质企业，推动项目落地见效。
服务外包产业从业者
以行业领军企业为引领
建设软件与信息技术服务外包产业园
为帮助服务外包企业解决用工难问题，吸引高质量服务外包人才，5月31日至6月1日，东兴区组织9户服务外包重点企业赴重庆多家高校开展了“活力之城 人才内江”2022年内江软件与信息技术服务外包产业园校园招聘活动。
东兴区是内江服务外包产业发展的“主战场”，今年签约字节跳动、大宇宙、韵达速递等5家企业，全区服务外包企业达23家，其中世界500强或行业百强8户。这些企业分布在产业园区A、B、C区，入驻面积达4万平方米，设置席位5700余个，带动本地人员就业3000余人。在汉安大道东段，内江软件与信息技术服务外包产业园D区正在加快建设，预计今年6月底交付约3.5万平方米，年底完成项目一期主体工程。
目前东兴区服务外包以客户服务型BPO为主，涵盖呼叫服务、软件开发、数据标注、数据审核等类型，今年将继续延展金融、保险、旅游等领域，拓展离岸服务外包业务，延伸产业链条，大力推动新一代信息技术产业发展。
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