分析正極、負(fù)極材料和電解液對(duì)鋰電池低溫性能的影響
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-27 22:52
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正極、負(fù)極材料和電解液對(duì)鋰電池低溫性能的影響。鋰電池主要由正極材料、負(fù)極材料、膜和電解質(zhì)組成。低溫環(huán)境下鋰離子電池具有放電電壓平臺(tái)低、放電容量小、容量衰減快、倍增器性能差的特點(diǎn)。目前,許多因素影響鋰電池的低溫性能,如正電極的結(jié)構(gòu),鋰離子的遷移速度在每個(gè)電池的一部分,SEI膜的厚度和化學(xué)成分,以及電解質(zhì)鋰鹽和溶劑的選擇。
鋰電池因其高比能和功率密度、長循環(huán)壽命、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能領(lǐng)域。鋰離子電池作為新能源汽車的動(dòng)力源，在實(shí)際應(yīng)用中還存在許多問題。例如，在低溫條件下，能量密度明顯降低，循環(huán)壽命受到影響，這也嚴(yán)重限制了鋰離子電池的使用規(guī)模。
鋰電池低溫。JPG
影響鋰電池低溫性能的主要因素
1. 低溫時(shí)，鋰電池電解液粘度增大，電導(dǎo)率降低;
2. 電解液/電極界面膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗增大;
3.鋰離子在活性物質(zhì)體內(nèi)的遷移率降低，導(dǎo)致電極極化加劇，低溫充放電能力下降。
此外,低溫充電過程,特別是低溫和消極的大型充電率將出現(xiàn)鋰金屬沉淀和沉積,沉積金屬鋰與電解液消耗大量的不可逆反應(yīng)液態(tài)電解液,同時(shí)使SEI膜厚度增加,從而進(jìn)一步提高鋰電池陰極表面膜的阻抗,電池極化增加,其中大部分會(huì)極大地?fù)p害鋰離子電池的低溫性能、循環(huán)壽命和安全性能。
一、陰極材料的改進(jìn)
負(fù)極材料是制造鋰電池的關(guān)鍵材料之一，其性能直接影響電池的各項(xiàng)指標(biāo)，材料的結(jié)構(gòu)對(duì)鋰離子電池的低溫性能有著重要的影響。采用導(dǎo)電性優(yōu)異的材料對(duì)活性材料本體進(jìn)行表面涂覆，可以提高正極材料界面的導(dǎo)電性，降低界面阻抗，減少正極材料與電解質(zhì)之間的副反應(yīng)，穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)。
在材料體中加入Mn、Al、Cr、Mg、F等元素，增加材料的層間距，提高Li+在體內(nèi)的擴(kuò)散速率，降低Li+的擴(kuò)散阻抗，從而提高電池的低溫性能。磷酸亞鐵鋰電池陰極材料的變化從磷酸亞鐵鋰磷酸鐵階段階段慢慢在充電過程中比在放電過程中,雖然鉻摻雜可以促進(jìn)磷酸鐵相的相變磷酸亞鐵鋰階段在放電過程中,以提高磷酸鐵鋰的效率性能和低溫性能。
電解液
電解質(zhì)作為鋰電池的重要組成部分，不僅決定了鋰離子在液相中的遷移速率，而且參與了SEI膜的形成，對(duì)SEI膜的性能起著至關(guān)重要的作用。在低溫下，電解液粘度增大，電導(dǎo)率降低，SEI膜阻抗增大，與正極、負(fù)極材料的相容性變差，使電池的能量密度和循環(huán)性能大大惡化。
目前，通過電解液改善低溫性能有兩種方法:
通過優(yōu)化溶劑組成和使用新型電解質(zhì)鹽，提高了電解質(zhì)的低溫電導(dǎo)率。
采用新型添加劑改善了SEI膜的性能，使其在低溫下易于Li+的導(dǎo)電。
綜上所述，電解質(zhì)的電導(dǎo)率和成膜阻抗對(duì)鋰離子電池的低溫性能有重要影響。對(duì)于低溫電解液，應(yīng)優(yōu)化溶劑體系、鋰鹽和添加劑。對(duì)于電解液的溶劑，應(yīng)選擇熔點(diǎn)低、粘度低、介電常數(shù)高的溶劑體系。線性羧酸鹽類溶劑具有良好的低溫性能，但它們的低溫性能較差
