哪些方法可提高磷酸鐵鋰電池的低溫性能？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-21 19:37
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目前電動客車領(lǐng)域大部分動力電池使用的都是磷酸鐵鋰。饒睦敏表示，磷酸鐵鋰有幾個比較優(yōu)勢的特點：循環(huán)壽命和倍率比較好，但是低溫比其他的電池體系會差一點。其次，目前電動汽車在不同溫度下整個效率還是有比較大的差別，常溫下能跑160公里的電動汽車可能到了－20度只能跑60－80公里了，效率降低得比較明顯。其次是冬天低溫充電的問題，包括難充電、安全事故的問題。
針對磷酸鐵鋰電池，沃特瑪對它低溫特性影響因素做了比較詳細(xì)的研究：一個是正極的影響，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；第二個負(fù)極，負(fù)極這塊主要是低溫充電，因為它會影響到安全性問題；第三個是電解液這一塊，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。
沃特瑪整個思路是從正極、負(fù)極、電液、粘結(jié)劑四塊提高磷酸鐵鋰電池的低溫性能。
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。通過三種工藝制備了磷酸鐵鋰，從我們整個制備的條件來講，不同的磷酸鐵鋰工藝納米化跟包覆，我們從AB面的軸長來看，AB面軸長的增大使得鋰離子遷移通道會變大，將有利于提高電池倍率的性能。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(fù)極方面考慮充電特性，饒睦敏認(rèn)為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，饒睦敏認(rèn)為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(jìn)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。饒睦敏表示，”通過實驗我們發(fā)現(xiàn)溶劑對磷酸鐵鋰電池低溫影響從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，饒睦敏表示有三種，兩種點狀，一種線狀的。－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(fù)極、電解液到粘結(jié)劑的改善以后，我們在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(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。
從總體上講，新能源汽車在北方的正常運營，低溫條件下不只是電池單體能夠解決充電問題，要通過pack還有BMS整個循環(huán)電池的涉獵，還有保障模式的創(chuàng)新，加起來才能充分保障新能源汽車在北方低溫正常運營。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，原料價格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富，不會有供料問題。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，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
相比目前市面上較為常見的鈷酸鋰和錳酸鋰電池來說，磷酸鐵鋰電池至少具有以下五大優(yōu)點：更高的安全性、更長的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬（原材料成本低）、支持快速充電、工作溫度范圍廣。
