新闻资讯

通过科学和创新,我们帮助各行各业的客户满足当今和未来社会发展的需求。

磷酸铁锂动力电池低温性能的影响因素及优化方向

   次浏览   新能源时代   2020-06-01

磷酸铁锂(LFP)电池在常温环境中具有优异的电化学性能。常温环境中,电流密度为0.5 C 时,Ti4+ 掺杂的LiFePO4正极材料与碳包覆的LiFePO4首次放电比容量分别可达150 和160.2 mAh/g,并且循环过程中放电比容量保持稳定。放电电流密度为2C,温度为25℃时,碳包覆的LiFePO4放电比容量约为150mAh/g。


随着温度降低,LiFePO4电池电化学性能急剧降低,-40℃时放电比容量仅为32mAh/g,无法满足LiFePO4电池在低温环境中的使用需求,导致LiFePO4电池在低温环境中的应用和推广受到较大限制。

磷酸铁锂低温性能影响因素


低温下,Li+在电极/电解液界面、电解液、SEI膜、正极、负极上的传导性下降。低温下的充放电过程中,Li+在电极/电解液界面的转移(电荷传递阻抗增加)是慢速率电化学反应限制步骤。
磷酸铁锂电池在低温下的阻抗


低温条件下,由于电池阻抗增大,极化增强,电池的电压降低、放电容量下降。
低温环境下,LiFePO4电池电化学性能与正极材料、负极材料、电解液及粘结剂等原材料的特性有直接关系。提升LiFePO4电池的低温性能,需要优选材料体系和设计优化。


低温型磷酸铁锂电池的技术路线


1. 优选纳米级LFP铁锂材料&制浆工艺优化
H R Yao, Y X Yin, Y G Guo. Size effects in lithium ion batteries, Chin. Phys. B Vol. 25, No. 1 (2016) 018203.
2. 优选低温型石墨材料
负极材料直接影响电池的放电能力,尤其在低温下影响更为明显,需要使用小粒径、颗粒均匀的人造石墨材料。
不同负极材料的电性能对比
3. 低温电解液
低温下电解液的黏度增大,SEI膜增厚,电解液易结晶,离子阻抗增加、浓差极化增大、离子迁移速率降低。
溶剂:低粘度线性EA
成膜添加剂:DTD、FEC、PS
锂盐:LiPF6&LiTFSI、LiPF6&LiODFB双锂盐体系





4、粘结剂对低温充放电性能影响
分别以SBR、PAA和LA133为负极粘结剂,所制备LiFe-PO4电池的低温(0℃)循环性能及循环后的极片状态如图8所示。以LA133为粘结剂,电池循环性能最好(157周,保持率95.18%),PAA 次之(157周,保持率88.16%),SBR 最差(64周,保持率40.33%)。SBR和PAA为点状粘结剂,两者与活性物质均以点结合方式相互连接,结合面较小,粘结剂与石墨之间缺乏长程连接,极片力学性能较差,石墨容易从极片表面脱落,极片易脆裂(内嵌图),降低电池循环性能LA133 为链状粘结剂,柔韧性较好,与石墨之间进行长程连接,石墨稳定存在于极片之上,活性物质微粒之间接触良好,有利于增大电子传导和离子传导率,提高低温循环性能。
不同粘结剂对LiFePO4电池循环性能影响曲线图
为进一步验证粘结剂对LiFePO4圆柱电池低温性能的影响,利用同步热分析仪对SBR、PAA 和LA133 的玻璃化温度进行测定,结果如图9 所示。SBR、PAA 和LA133 由玻璃态向高弹态转变温度依次降低,分别为4.1、2.8和-2.8℃,由高弹态向玻璃态转变温度依次降低,分别为9.6、9.6和8.6℃。循环测试温度(0 ℃)下,SBR和PAA处于玻璃态,两者分子链无法正常运动,粘结性能较差,导致电极极片容易脆裂,电池低温循环性能较差。然而,LA133处于玻璃态向高弹态转变过程之中,分子链链端可以自由活动,LA133开始表现出粘流性质,粘结性能增强,循环性能较优。
SBR、PAA 和LA133 的TGA 曲线图
参考文献:
LiFePO4动力电池低温性能影响因素的研究.电源技术,2018(10)
版权与免责声明 广州市绿原环保材料有限公司声明:本站内容及图片均由系统采集于网络,涉及的言论、版权与本站无关。如发现内容或图片存在版权问题,烦请提供相关信息发邮件至yeah_w@qq.com,我们将及时沟通与处理。
Top