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磷酸鐵鋰正極鋰離子電池的高溫循環(huán)性能

發(fā)布時(shí)間：2021.03.09

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目前,商品化磷酸鐵鋰(LiFePO4)正極鋰離子電池的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試常溫循環(huán)壽命可達(dá)1500~2400次,但越來越多的研究表明,電池在高溫下的循環(huán)性能衰減迅速,電動(dòng)汽車的工作環(huán)境復(fù)雜,動(dòng)力系統(tǒng)通常為多只電池經(jīng)串、并聯(lián)而成的電池組,受安裝位置、通風(fēng)條件和高倍率充放電需求等影響,結(jié)合路面行駛的環(huán)境條件,熱積累導(dǎo)致的高溫環(huán)境是電動(dòng)汽車用鋰離子電池不可避免的應(yīng)用條件。本文作者結(jié)合電動(dòng)車用電池的使用需求,對(duì)LiFePO4正.極鋰離子電池的高溫循環(huán)性能進(jìn)行研究，探討了循環(huán)壽命快速衰減的原因及機(jī)理。

結(jié)果與討論:溫度對(duì)電池循環(huán)性能的影響樣品A制備的電池在常溫和高溫下的循環(huán)性能見。從表可知,電池在常溫下循環(huán)1800次,內(nèi)阻增加了34.9% ,厚度增加了14. 1%。這是因?yàn)樨?fù)極石墨材料在反復(fù)充放電的過程中,石墨層間的收縮導(dǎo)致電極膨脹,體積增加。體積膨脹導(dǎo)致的電極結(jié)構(gòu)破壞及石墨表面固體電解質(zhì)相界面( SEI)膜的增加,是電池內(nèi)阻變大的主要原因。當(dāng)電池在60 C下充放電時(shí),僅200次循環(huán),內(nèi)阻就增大了137.0%,厚度增加了55.1%。考慮到無夾緊工裝固定時(shí)電池加熱鼓脹的影響，測(cè)量高溫?cái)R置后電池的厚度,為7.9 mm,增幅僅1.3%。

僅在高溫下擱置的電池,厚度增幅很小，說明高溫循環(huán)不僅加速了石墨表面SEI膜的成膜速度,也加速了石墨的層間膨脹過程。有研究認(rèn)為:高溫會(huì)使LiFePO4電極材料中的鐵元素加速溶解于LiPF6 酸性電解液中,分解后的亞鐵離子(Fe2+)通過電解液傳導(dǎo),沉積于電池負(fù)極石墨的表面,在隨后的循環(huán)過程中，會(huì)催化SEI膜的成長(zhǎng)。當(dāng)SEI膜變厚時(shí),不僅會(huì).使電池阻抗增加，還會(huì)使電解液無法接觸到石墨表面,導(dǎo)致參與反應(yīng)的活性材料減少,并延長(zhǎng)Li+傳輸?shù)木嚯x,阻礙充放電過程中的傳質(zhì)過程。

結(jié)論.本文作者對(duì)不同LiFePO4材料制備的鋰離子電池的高溫60 C充放電性能進(jìn)行研究,并對(duì)比了補(bǔ)加電解液的結(jié)果。LiFePO,正極鋰離子電池的高溫循環(huán)性能表現(xiàn)不足,容量衰減迅速,僅200次左右即衰減至初始容量的70%;電解液匱乏不是LiFePO4正極鋰離子電池容量衰減迅速的主要原因,但將直接影響電池的高溫循環(huán)性能;為改善LiFePO4正極鋰離子電池的高溫循環(huán)性能,應(yīng)重點(diǎn)研究可抑制鐵元素溶解的電解液(如LiBOB電解液)、陽極材料(如Li4TisO12),以減少鐵元素的溶解沉積。在LiFePO4正極鋰離子電池的應(yīng)用中,應(yīng)合理設(shè)計(jì)安放位置控制使用環(huán)境溫度,必要時(shí)可采用適當(dāng)?shù)睦鋮s措施,進(jìn)行熱管理,避免在高溫環(huán)境中進(jìn)行充放電,以盡可能地延長(zhǎng).使用壽命。