什么是磷酸鐵鋰電池包？如何提高磷酸鐵鋰電池低溫性能呢？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-28 19:27
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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。
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。
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。
存能電氣磷酸鐵鋰電池包優(yōu)勢介紹：
體積小、大容量，具有比普通電池(鉛酸等)更大的容量。
高溫性能好，磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣(-20C--+75C)。
無記憶效應(yīng)，像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池無此現(xiàn)象，電池無論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。
重量輕，同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3，重量是鉛酸電池的1/3。
安全環(huán)保，鋰電池一般被認為是不含任何重金屬與稀有金屬(，無毒(SGS認證通過)，無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為綠色環(huán)保電池。
長壽命，鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最高也就500次磷酸鐵鋰電池，而磷酸鐵鋰電池包，循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電(5小時率)使用，可達到2000次。第一，材料自身電位高，這樣才能與負極材料之間形成較大的電位差，帶來能量密度高的電芯設(shè)計；同時帶電離子嵌入脫出對電極電位影響小，則充放電過程，不會有過大的電壓波動，不會給系統(tǒng)內(nèi)的其他電氣帶來不利影響。
第二，材料含鋰量高且鋰離子嵌入脫嵌可逆。這是高容量的前提。有些正極材料，理論容量很高，但是有一半的鋰離子，第一次嵌入以后就失去了活性。這樣的材料，是無法投入商用的。
第三，鋰離子擴散系數(shù)大，鋰離子在材料內(nèi)部的移動更迅速，嵌入和脫嵌的能力強。是影響電芯內(nèi)阻的因素，也是影響功率特性的因素。
第四，材料比表面積大，有大量的嵌鋰位置。表面積大，鋰離子的嵌入通道相對較短，則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時，嵌鋰位置還要充足。
第五，與電解液的相容性和熱穩(wěn)定性好，這點是出于安全性考慮。正極材料與電解液不容易發(fā)生反應(yīng)，以及在較高溫度下依然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且仍然不易與電解液反應(yīng)。這樣的材質(zhì)，不會為電芯額外的熱積累提供熱量，可以減少電芯進入自生熱階段的概率。
