天冷了如何提高磷酸鐵鋰電池包低溫性能？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-29 13:16
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天冷了，如何提高磷酸鐵鋰電池包低溫性能？現(xiàn)在已是快到十月份了，氣溫也開(kāi)始慢慢的下降，這對(duì)磷酸鐵鋰電池包低溫性能是一個(gè)考驗(yàn)。眾所周知，鋰電池包的高溫性能很出色，熱峰值可達(dá)350～500℃，高溫（60℃）情況下仍可以放出100％容量。但是低溫比其他的電池體系會(huì)差一點(diǎn)，那么如何提高其低溫性能呢？
磷酸鐵鋰電池：
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。其中磷酸鐵鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料。磷酸鐵鋰電池包需求暴增，提高鋰電低溫性能成關(guān)鍵。
影響磷酸鐵鋰電池包低溫性能的因素有哪些？
針對(duì)磷酸鐵鋰電池包，存能電氣行業(yè)專家對(duì)它低溫特性影響因素做了比較詳細(xì)的研究，原因如下：
1、生產(chǎn)環(huán)境：磷酸鐵鋰電池包做為一個(gè)化工原料眾多、工藝繁雜的高科技產(chǎn)品，其生產(chǎn)環(huán)境對(duì)溫度、濕度、粉塵等都有很高的要求，如果沒(méi)有控制到位，電池品質(zhì)將出現(xiàn)波動(dòng)。
2、導(dǎo)電性差、鋰離子擴(kuò)散速度慢。高倍率充放電時(shí)，實(shí)際比容量低，這個(gè)問(wèn)題是制約磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒(méi)有大范圍的應(yīng)用，這是一個(gè)主要的問(wèn)題。
3、材料方面的影響，磷酸鐵鋰正極本身電子導(dǎo)電性比較差，另外比較容易產(chǎn)生極化，降低容量的發(fā)揮；負(fù)極這塊主要是低溫充電，因?yàn)樗鼤?huì)影響到安全性問(wèn)題；電解液這一塊，可能低溫下黏度會(huì)增大，鋰離子遷移阻抗會(huì)增大；第四個(gè)就是粘結(jié)劑，現(xiàn)這個(gè)對(duì)電池的低溫性能影響也是比較大的。
如何提高磷酸鐵鋰電池包低溫性能？
我們從正極、負(fù)極、電液、粘結(jié)劑四塊提高磷酸鐵鋰電池包的低溫性能。
正極方面，現(xiàn)在都是納米化，它的粒徑、電阻力，AB平面軸長(zhǎng)大小三方面會(huì)影響到整個(gè)電池低溫的特性。不同工藝對(duì)正極也有不同的影響，100到200納米粒徑磷酸鐵鋰做出的電池低溫放電特性比較好，在－20度可以釋放94％，也就是粒徑的納米化縮短了遷移的路徑，也提高了低溫放電的性能，因?yàn)榱姿徼F鋰放電主要是跟正極有關(guān)。
從負(fù)極方面考慮充電特性，鋰電池低溫充電主要是負(fù)極影響，包括粒徑大小還有負(fù)極的間距變化，選取了三種不同的人造石墨作為負(fù)極，來(lái)研究不同的層間距和粒徑對(duì)低溫特性的影響。從三種材料來(lái)看，層間距大的顆粒石墨，從阻抗來(lái)講，本體阻抗和離子遷移阻抗比較小一點(diǎn)。
充電方面，鋰電池包在冬天低溫下放電問(wèn)題不大，主要是低溫充電。因?yàn)樵跈M流比方面，1C或者0．5C的橫流比非常關(guān)鍵，到恒壓需要非常長(zhǎng)時(shí)間，通過(guò)改進(jìn)三種不同石墨的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其中一種在－20度充電恒流比有比較大的改善，從40％提高到70％多，層間距的增大，還有粒徑的減小。
電解液這一塊，在－20度，－30度下電解液結(jié)冰，黏度增大，形成性能惡化。電解液從三方面：溶劑，鋰鹽，添加劑。溶劑對(duì)磷酸鐵鋰電池包低溫影響從70％多影響到90％多，有十幾個(gè)點(diǎn)的影響；其次，不同鋰鹽對(duì)低溫的充放電的特性有一定的影響。我們固定了溶劑體系和鋰鹽基礎(chǔ)上，低溫添加劑可以使放電容量從85％提高到90％，也就是說(shuō)，整個(gè)電解液體系中，溶劑、鋰鹽還有添加劑都對(duì)我們的動(dòng)力電池低溫特性有一定的影響，包括其他的材料體系一樣適用。”
粘結(jié)劑方面，20度充放電情況下，兩種點(diǎn)狀大概做了70多到80的循環(huán)以后，整個(gè)極片是有粘結(jié)劑失效的現(xiàn)狀，而采用線狀的粘結(jié)劑不會(huì)存在這個(gè)問(wèn)題。在整個(gè)體系上，從正極、負(fù)極、電解液到粘結(jié)劑的改善以后，磷酸鐵鋰電池單體這塊做得比較好的效果，一個(gè)是充電特性，－20、－30、－40度溫度下0．5C充電恒流比可以達(dá)到62．9％，－20度溫度下放電可以放出94％，這是倍率跟循環(huán)的一些特性。
鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包哪個(gè)好?就動(dòng)力電池而言，目前，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池包以及鈦酸鋰電池在電動(dòng)車領(lǐng)域都有應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池，由于安全性能穩(wěn)定、高溫性能好、重量輕等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的活躍在電動(dòng)客車市場(chǎng)。那么，鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包哪個(gè)好?本文存能電氣小編整理了一些資料供大家閱讀。
鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包的對(duì)比：
鈦酸鋰電池：
鈦酸鋰電池是一種用作鋰離子電池負(fù)極材料-鈦酸鋰，可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池。此外，它還可以用作正極，與金屬鋰或鋰合金負(fù)極組成1.5V的鋰二次電池。普通的鈦酸鋰電池容易發(fā)生脹氣，導(dǎo)致電芯鼓包，電性能也會(huì)大幅下降，極大地降低了鈦酸鋰電池的理論循環(huán)壽命。
鈦酸鋰電池優(yōu)點(diǎn)：
1、安全穩(wěn)定性好
鈦酸鋰的電勢(shì)比純金屬鋰的電勢(shì)高，不易產(chǎn)生鋰晶枝，放電電壓平穩(wěn)，而且，因此提高了鋰電池的安全性能。鈦酸鋰電池進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在針刺、擠壓、短路等嚴(yán)苛測(cè)試下，不冒煙、不起火、不爆炸，安全性遠(yuǎn)高于其他鋰電池。
2、快充性能優(yōu)異
與碳負(fù)極材料相比，鈦酸鋰電池具有較高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，可高倍率充放電。在大大縮短充電時(shí)間的同時(shí)，對(duì)循環(huán)壽命的影響較小，熱穩(wěn)定性也較強(qiáng)。鈦酸鋰電池十分鐘左右即可充滿。
3、循環(huán)壽命長(zhǎng)
鈦酸鋰電池完全充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)3萬(wàn)次以上，在作為動(dòng)力電池使用10年之后，可能還能作為儲(chǔ)能電池再用20年。用戶在實(shí)際使用中不用更換電池，幾乎不增加后期成本。
4、耐寬溫性能良好
一般電動(dòng)汽車在零下10℃時(shí)充放電就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強(qiáng)，在零下50℃到零上60℃均可正常充放電，無(wú)論是在冰封的北國(guó)，還是在炎熱的南方，車輛都不會(huì)因電池“休克”而影響工作，消除了用戶的后顧之憂。
綜上鈦酸鋰電池的優(yōu)勢(shì)，能大幅節(jié)省充電站場(chǎng)地建設(shè)和人員配置成本等，更適合在公交領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。
鈦酸鋰電池缺點(diǎn)：
鈦酸鋰電池負(fù)極采用鈦酸鋰，相比負(fù)極用石墨的主流鋰電池，市場(chǎng)份額十分小眾。
能量密度低，成本高。特別是能量密度低是因?yàn)樨?fù)極材料鈦酸鋰的原理性能決定，很難有大的突破空間。
至于鈦酸鋰電池宣稱的使用壽命長(zhǎng)，更難被認(rèn)證。電池壽命還受到正極材料、電解液、隔膜、使用溫度等綜合影響。
磷酸鐵鋰電池包：
磷酸鐵鋰電池包是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色是不含鈷等貴重元素，原料價(jià)格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富，不會(huì)有供料問(wèn)題。其工作電壓適中（3.2V）、單位重量下電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長(zhǎng)，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
磷酸鐵鋰電池包優(yōu)點(diǎn)：
體積小，重量輕，鋰電池包的體積是鉛酸蓄電池體積的2/3,重量輕，只有鉛酸蓄電池的1/3～1/4。
循環(huán)壽命長(zhǎng)，磷酸鐵鋰電池包循環(huán)壽命有1200～2000次，但傳統(tǒng)鉛酸電池卻只有500～900次。
充放電特性好，鋰電池包充放電電能轉(zhuǎn)換效率可大于97%，鉛酸蓄電池充放電電能量轉(zhuǎn)換效率約為80%左右。
安全環(huán)保，磷酸鐵鋰材料不含任何重金屬與稀有金屬，無(wú)毒，無(wú)論在生產(chǎn)及使用中均無(wú)污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為綠色環(huán)保電池鋰電池。在穿刺、擠壓、過(guò)充、短路等實(shí)驗(yàn)中，不爆炸、不起火。
無(wú)記憶效應(yīng)，電池可以隨時(shí)充放電。
工作溫度范圍寬廣，磷酸鐵鋰電池包熱峰值可達(dá)350℃-500℃，而鉛酸電池只在200℃左右。
磷酸鐵鋰電池包缺點(diǎn)：
磷酸鐵鋰電池存在一些性能上的缺陷，如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低；材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差；產(chǎn)品一致性差；知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。
鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包哪個(gè)好?
在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域，電池多為磷酸鐵鋰電池包或者三元鋰電池，而近來(lái)格力欲收購(gòu)的銀隆客車，其核心競(jìng)爭(zhēng)力則是另辟蹊徑的鈦酸鋰電池。國(guó)內(nèi)汽車廠商應(yīng)用比較多的還是三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池包。鈦酸鋰電池目前還未規(guī)?；?。并且鈦酸鋰電池價(jià)格高（生產(chǎn)成本高，濕度控制要求高），每瓦時(shí)9元左右，與磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池每瓦時(shí)2元左右的差距也是很大的。
鈦酸鋰電池未來(lái)市場(chǎng)空間將十分有限。鈦酸鋰電池做的企業(yè)少，將導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)整體研發(fā)投入少，從目前電池企業(yè)研發(fā)投入及規(guī)劃投入看，也很少企業(yè)會(huì)重點(diǎn)發(fā)展鈦酸鋰電池。未來(lái)，磷酸鐵鋰電池包技術(shù)進(jìn)步速度將超過(guò)鈦酸鋰電池。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)車最好是用磷酸鐵鋰電池包，安全第一。
