你知道磷酸鐵鋰電池為啥性能好嗎？或許是因為本身的缺陷
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-06 16:18
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材料科學(xué)家Ming Tang在一篇新聞稿中稱：“我們都清楚這種材料效果非常好，但是對于其中的真正原因科學(xué)家們一直爭論不休。這種材料在許多方面并非如此優(yōu)秀，但是有時候又會超出人們的預(yù)期。”
研究人員發(fā)現(xiàn)，在制造磷酸鐵鋰的過程中，它晶格中的一些原子出現(xiàn)了一種名為反位缺陷的錯位現(xiàn)象?？茖W(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)，這種反位缺陷或許能夠解答這種材料令人敬佩的性能表現(xiàn)。這種缺陷讓正極材料能夠從更大的表面區(qū)域釋放和收集鋰離子。
在此之前，科學(xué)家們假定鋰離子只能夠在單一方向上移動，這樣就限制了能夠釋放和吸收鋰離子的材料表面大小。顯微成像技術(shù)和計算機模型讓科學(xué)家們能夠在電池充電過程中觀察到離子的運動狀態(tài)?？茖W(xué)家們分析表明，反位缺陷的存在讓離子出現(xiàn)了新的運動方向。
這種缺陷有效的增加了磷酸鐵鋰納米棒的表面活躍區(qū)域，讓正極和電解液之間的鋰離子傳播更加高效。Tang聲稱：“大多數(shù)電池正極都被打造成薄盤的形狀來增加鋰離子的單向運動。我們的發(fā)現(xiàn)改變了我們對磷酸鐵鋰最優(yōu)化形狀設(shè)計的看法。這種缺陷的存在讓鋰離子能夠多方向運動，這意味著我們讓性能最大化的設(shè)計標準是完全不準確的。”
即使是電池研究領(lǐng)域的專家們也并非全部了解鋰離子電池及其部件的電化學(xué)性能和過程。但是隨著更多的科學(xué)家來設(shè)想和分析這些電化學(xué)過程和性能，我們將能夠更多的對其進行完善，讓鋰電池的性能盡可能的高效。
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，氣溫也開始慢慢的下降，這對磷酸鐵鋰電池包低溫性能是一個考驗。眾所周知，鋰電池包的高溫性能很出色，熱峰值可達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差一點，那么如何提高其低溫性能呢?
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?
針對磷酸鐵鋰電池包，存能電氣行業(yè)專家對它低溫特性影響因素做了比較詳細的研究，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)境對溫度、濕度、粉塵等都有很高的要求，如果沒有控制到位，電池品質(zhì)將出現(xiàn)波動。
2、導(dǎo)電性差、鋰離子擴散速度慢。高倍率充放電時，實際比容量低，這個問題是制約磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個難點。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大范圍的應(yīng)用，這是一個主要的問題。
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;負極這塊主要是低溫充電，因為它會影響到安全性問題;電解液這一塊，可能低溫下黏度會增大，鋰離子遷移阻抗會增大;第四個就是粘結(jié)劑，現(xiàn)這個對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平面軸長大小三方面會影響到整個電池低溫的特性。不同工藝對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，因為磷酸鐵鋰放電主要是跟正極有關(guān)。
從負極方面考慮充電特性，鋰電池低溫充電主要是負極影響，包括粒徑大小還有負極的間距變化，選取了三種不同的人造石墨作為負極，來研究不同的層間距和粒徑對低溫特性的影響。從三種材料來看，層間距大的顆粒石墨，從阻抗來講，本體阻抗和離子遷移阻抗比較小一點。
充電方面，鋰電池包在冬天低溫下放電問題不大，主要是低溫充電。因為在橫流比方面，1C或者0.5C的橫流比非常關(guān)鍵，到恒壓需要非常長時間，通過改進三種不同石墨的對比，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。溶劑對磷酸鐵鋰電池包低溫影響從70%多影響到90%多，有十幾個點的影響;其次，不同鋰鹽對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，整個電解液體系中，溶劑、鋰鹽還有添加劑都對我們的動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，兩種點狀大概做了70多到80的循環(huán)以后，整個極片是有粘結(jié)劑失效的現(xiàn)狀，而采用線狀的粘結(jié)劑不會存在這個問題。在整個體系上，從正極、負極、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，一個是充電特性，-20、-30、-40度溫度下0.5C充電恒流比可以達到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。
