磷酸铁锂电池低温性能受什么因素影响?

来源：存能电气  日期：2018-12-29 13:52  浏览量：次

　　磷酸铁锂电池低温性能受什么因素影响?如何解决磷酸铁锂电池低温性能差的问题?据小编所知，磷酸铁锂电池的低温特性是由其材料特性决定的，很难改变。最好办法就是尽量不要在低温环境下使用锂电池，或采取必要保温措施，可大大提高其使用特性。本文存能电气小编就来和大家聊聊影响磷酸铁锂电池低温性能的因素有哪些。

　　磷酸铁锂电池低温性能受什么因素影响?

　　⒈正极结构

　　正极材料的三维结构制约着磷酸铁锂电池的扩散速率，低温下影响尤其明显。不同正极材料具有不同的三维结构，目前用作电动汽车动力电池的正极材料主要是磷酸铁锂、镍钴锰三元材料和锰酸锂。磷酸铁锂电池在-20℃的放电容量只能达到常温容量的67.38%，而镍钴锰三元电池能够达到70.1%。

　　⒉高熔点溶剂

　　由于电解液混合溶剂中存在高熔点溶剂，锂电池电解液在低温环境下黏度增大，当温度过低时会发生电解液凝固现象，导致锂离子在电解液中传输速率降低。

　　⒊锂离子扩散速率

　　低温环境下锂离子在石墨负极中的扩散速率降低。低温环境下锂离子电池的电荷迁移阻抗增大，导致锂离子在石墨负极中的扩散速率降低是影响磷酸铁锂电池低温性能的重要原因。

　　⒋SEI膜

　　低温环境下，磷酸铁锂电池负极的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大导致锂离子在SEI膜中的传导速率降低，最终锂离子电池在低温环境下充放电形成极化降低充放电效率。

　　5.生产环境

　　磷酸铁锂电池做为一个化工原料众多、工艺繁杂的高科技产品，其生产环境对温度、湿度、粉尘等都有很高的要求，如果没有控制到位，电池品质将出现波动。

　　总结：目前多因素影响着磷酸铁锂电池的低温性能，如正极的结构、锂离子在电池各部分的迁移速率、SEI膜的厚度及化学成分以及电解液中锂盐和溶剂的选择等。低温性能限制了锂离子电池在电动汽车领域、军工领域及极端环境中的应用，开发低温性能优异的锂电池是市场的迫切需求。

　　磷酸铁锂电池低温性能怎样?

　　锂电池在低温环境下使用受到限制，除了因为放电容量会严重衰退外，低温下也不能对锂电池进行充电。在低温充电时，电池石墨电极上的锂离子的嵌入和镀锂反应是同时存在的且相互竞争。低温条件下锂离子在石墨中的扩散被抑制，电解液的导电率下降，从而导致嵌入速率降低而在石墨表面上会使镀锂反应更容易产生。

　　研究表明，一块容量为3500mAh的电池，如果在-10℃的环境中工作，经过不到100次的充放电循环，电量将急剧衰减至500mAh，基本就报废了。也就是说，在-10℃的工作环境中，如果一辆电动汽车每天充放电一次，那么三个月后电池就得报废换新的了。

　　如何解决磷酸铁锂电池低温性能差问题?

　　LFP-NCO------纳米金属氧化物共晶体化磷酸铁锂化合物是一种借由将含有锂、铁、磷与金属或金属化合物等前驱物所形成的单一不可分割橄榄石化合物，并且是一种非搀杂也非包覆型态的材料。

　　总的来说LFP目前途径有3种：

　　1.细化颗粒

　　2.碳包覆

　　3.金属晶格掺杂

　　存能电气小编整个思路是从正极、负极、电液、粘结剂四块提高磷酸铁锂电池的低温性能。

　　●正极方面，现在都是纳米化，它的粒径、电阻力，AB平面轴长大小三方面会影响到整个电池低温的特性。通过三种工艺制备了磷酸铁锂，从我们整个制备的条件来讲，不同的磷酸铁锂工艺纳米化跟包覆，我们从AB面的轴长来看，AB面轴长的增大使得锂离子迁移通道会变大，将有利于提高电池倍率的性能。不同工艺对正极也有不同的影响，100到200纳米粒径磷酸铁锂做出的电池低温放电特性比较好，在-20度可以释放94%，也就是粒径的纳米化缩短了迁移的路径，也提高了低温放电的性能，因为磷酸铁锂放电主要是跟正极有关。

　　●从负极方面考虑充电特性，锂电池低温充电主要是负极影响，包括粒径大小还有负极的间距变化，选取了三种不同的人造石墨作为负极，来研究不同的层间距和粒径对低温特性的影响。从三种材料来看，层间距大的颗粒石墨，从阻抗来讲，本体阻抗和离子迁移阻抗比较小一点。

　　●充电方面，在冬天低温下放电问题不大，主要是低温充电。因为在横流比方面，1C或者0.5C的横流比非常关键，到恒压需要非常长时间，通过改进三种不同石墨的对比，发现其中一种在-20度充电恒流比有比较大的改善，从40%提高到70%多，层间距的增大，还有粒径的减小。

　　●电解液这一块，在-20度，-30度下电解液结冰，黏度增大，形成性能恶化。电解液从三方面：溶剂，锂盐，添加剂。通过实验我们发现溶剂对磷酸铁锂电池低温影响从70%多影响到90%多，有十几个点的影响;其次，不同锂盐对低温的充放电的特性有一定的影响。我们固定了溶剂体系和锂盐基础上，低温添加剂可以使放电容量从85%提高到90%，也就是说，整个电解液体系中，溶剂、锂盐还有添加剂都对我们的动力电池低温特性有一定的影响，包括其他的材料体系一样适用。

　　●粘结剂方面，饶睦敏表示有三种，两种点状，一种线状的。-20度充放电情况下，两种点状大概做了70多到80的循环以后，整个极片是有粘结剂失效的现状，而采用线状的粘结剂不会存在这个问题。在整个体系上，从正极、负极、电解液到粘结剂的改善以后，我们在磷酸铁锂电池单体这块做得比较好的效果，一个是充电特性，-20、-30、-40度温度下0.5C充电恒流比可以达到62.9%，-20度温度下放电可以放出94%，这是倍率跟循环的一些特性。

　　磷酸铁锂电池的缺点有哪些?

　　①振实密度较低。一般只能达到0.8-1.3，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的很大缺点。所有磷酸铁锂正极材料决定了它在小型电池如手机电池等没有优势，所以其使用范围受到一定程度的限制。

　　②磷酸铁锂电池低温性能差。尽管人们通过各种方法(例如锂位、铁位、甚至磷酸位的掺杂改善离子和电子导电性能，通过改善一次或二次颗粒的粒径及形貌控制有效反应面积、通过加入额外的导电剂增加电子导电性等)改善磷酸铁锂电池的低温性能，但是磷酸铁锂材料的固有特点，决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。

　　③电池存在一致性问题。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000次，但电池组的寿命会大打折扣，有可能是500次。在现有的条件下，由于种种原因，制作出来的电池一致性不佳，进而影响到电池的使用性能和整体寿命。

　　低温条件下，磷酸铁锂电池的有效放电容量和有效放电能量都会有明显的下降，同时其在低于-10℃的环境下几乎不可充电，这严重制约着锂离子电池的应用。

　　面对低温下磷酸铁锂电池使用受限的局面，技术人员找到的应对策略是充电预热，虽然是权宜之计，但对提高锂电池的放电能力和长期寿命都有明显效果。