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磷酸铁锂电池如何改善低温性能

与其它正极材料相比,LiFePO4电极材料具有许多优点,比如理论比容量较高、工作电压稳定、结构稳定、循环性好、原料成本低和环境友好等。因而该材料是一种较为理想的正极材料,被选作动力电池的主要正极材料之一。


许多科研工作者对LIBs低温下性能加速衰减现象进行了机理研究,认为主要是活性锂的沉积及其催化生长的固态电解质界面(SEI),导致了电解质中离子电导率的降低和电子迁移速率的下降,这种下降导致LIBs容量和功率的降低,有时甚至导致电池性能故障。LIBs的低温工作环境主要发生在冬季以及高纬度、高海拔地区,那里的低温环境会影响LIBs的性能和寿命,甚至引发极为严重的安全问题。


受低温影响,石墨嵌锂速度降低,容易在负极表面析出金属锂形成锂枝晶,穿刺隔膜,造成电池内部短路。因此,提高LIBs低温性能的办法对于在高寒地区推广使用电动汽车具有重要意义。本文从以下4个方面总结提高LiFePO4电池低温性能的办法:


1)脉冲电流生热;


2)使用电解液添加剂制备高品质SEI膜;


3)表面包覆改性LiFePO4材料界面电导率;


4)离子掺杂改性LiFePO4材料体相电导率。


一、脉冲电流快速加热低温电池


LIBs充电过程中,电解液中离子运动与极化会促使LIBs内部产生热量,这种生热机制可有效地用于提高LIBs在低温下的使用性能。脉冲电流是指方向不变,电流强度或电压随时间周期性改变的电流。为了在低温下快速安全地升高电池温度,De Jongh等使用电路模型从理论上模拟了脉冲电流如何加热LIBs,并通过商业LIBs的实验测试验证了模拟结果。连续充电和脉冲充电之间的发热差异如图1所示。由图1可以看出,微秒脉冲时间可以促进锂电池中产生更多的热量。