粒径对磷酸铁锂电池低温性能的影响.pdfVIP

粒径对磷酸铁锂电池低温性能的影响 * 谢晓华 , 张建，李佳，刘浩涵，夏保佳 中科院上海微系统与信息技术研究所,上海, 200050, E-mail:xiaohuaxie@126.com ） （ 能源的日益枯竭和环保的要求, 使电动车市场成为热点。电动车成败的关键之一是电池，在现 有的多种动力电池中，具有电压高、比能量大、循环寿命长、环保等优点的锂离子电池将成为主导。 用作锂离子电池的正极活性材料主要有锂钴氧(LiCoO ) 、锂锰氧(LiMn O ) 、锂镍氧(LiNiO ) 、锂镍 2 2 4 2 钴锰氧(LiNiCoMnO )和磷酸铁锂(LiFePO ) 。由于LiFePO 具有原料来源丰富、价格低廉以及优良的 2 4 4 高温循环性能和安全性能等优点，以 LiFePO4 为正极活性材料的锂离子电池(LiFePO4 电池)最具发展 前景。但与其它正极活性材料相比，LiFePO4 材料固有的导电能力差的缺点[1-2] ，极大地限制了其在 低温下的动力学特性[3]。在一般情况下，对于单体 LiFePO4 电池而言，其0℃的容量保持率约为 60 ～ 70% ，-10℃时约为40 ～55% ，-20℃时约为20 ～40% ，显然其低温性能不能满足动力电源的使用要求。 [4] 因此，提高LiFePO4 电池的低温性能已成为锂离子电池研究者关注的重点问题 。本文将探讨LiFePO4 活性材料的粒径对 LiFePO4 电池低温性能的影响。 LiFePO4 活性材料的粒径分布如图 1所示，两种活性材料的 D50值分别为 1.237μm和 4.130μm。 图 1 LiFePO 粒度分布 4 Fig.1 Particle size distribution of LiFePO4 将两种活性材料分别与一定比例的聚偏氟乙烯(PVdF)和N 甲基吡咯烷酮(NMP)搅拌制成浆料，均 匀涂敷于铝箔集流体上，经过烘干、辊压、剪裁等工艺制成正极极片；同样方法制作MCMB负极极 片，集流体为铜箔。把正、负极极片及隔膜按IFR18650锂离子电池制造工艺卷绕制成18650圆柱电池， 电解液为1M LiPF EC:DEC:EMC (1:1:1, vol%) 。制作好的LiFePO 电池先在常温化成，化成后的电池 6 4 以0.2C充电0.5C放电循环5次，待容量稳定后，进行低温放电性能测试。低温性能测试时，先将电池 在常温下0.2C充满电，然后在-30℃下放置16小时，再进行不同倍率的放电实验。高低温试验箱 (WGD-7005 ，～-70℃)提供低温测试环境，充放电仪为新威电池测试系统。 在室温下，LiFePO 电池的首次及第6次充放电曲线如图2所示。从图中可以看出，LiFePO 粒径 4 4 的大小对电池的首次充放电效率、充放电平台和可逆容量无影响，两种LiFePO4 电池的首次充放电效 率均为88%左右，可逆容量在1060mAh左右。 图3为LiFePO 电池在-30℃的倍率放电曲线。从图中可以看出，对于大粒径的LiFePO 电池，在 4 4 0.2C、0.5C和1C的放电容量分别为681.0mAh、650