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锂离子电池低温性能改善方法
目录
1.前言………1
2.正极材料………………………2
2.1.采用导电性优异的材料…………………3
2.2.通过Mn、Al、Cr、Mg、F等元素对材料本体进行体相掺杂,增加材料的层间距来
提高Li*在本体中的扩散速率,降低Li*的扩散阻抗,进而提升电池的低温性能………3
2.3.降低材料粒径,缩短Li*迁移路径……………………4
3.电解液………………4
3.1.优化溶剂组成……………………4
3.2.新型电解质盐………………………5
3.3.添加剂SEI膜……………6
4.负极材料………………………7
4.1.表面处理………………9
4.2.表面包覆……………………9
4.3.增大石墨层间距……………………10
4.4.控制负极颗粒大小…………………10
5.低温环境下如何提升锂电池性能…………10
5.1.外加热锂离子电池……………10
5.1.1.加热该液体……………11
5.1.2.加温……………………11
5.1.3.预加热相变物料……………………11
5.2.电炉预热…………11
5.3.加热炉加热………12
6.结论…………………12
1.前言
锂离子电池以其高比能量及功率密度、长循环寿命、环境友好等特点在消
费类电子产品、电动汽车和储能等领域得到了广泛的应用。作为新能源汽车的
第1页共12页
动力源,锂离子电池在实际应用中仍存在较多问题,如低温条件下能量密度明
显降低,循环寿命也相应受到影响,这也严重限制锂离子电池的规模使用。
目前,研究者们对造成锂离子电池低温性能差的主要因素尚有争论,但究
其原因有以下3个方面的因素:
1.低温下电解液的粘度增大,电导率降低;
2.电解液/电极界面膜阻抗和电荷转移阻抗增大;
3.锂离子在活性物质本体中的迁移速率降低.由此造成低温下电极极化加
剧,充放电容量减小。
另外,低温充电过程中尤其是低温大倍率充电时,负极将出现锂金属析出
与沉积,沉积的金属锂易与电解液发生不可逆反应消耗大量的电解液,同时使
SEI膜厚度进一步增加,导致电池负极表面膜的阻抗进一步增大,电池极化再次
增强,最将会极大破坏电池的低温性能、循环寿命及安全性能。
本文从正极材料、电解液和负极材料3个方面系统地探讨了锂离子电池低
温性能的主要影响因素,并提出改善锂离子电池低温性能的有效方法。
2.正极材料
正极材料是制造锂离子电池关键材料之一,其性能直接影响电池的各项指
标,而材料的结构对锂离子电池的低温性能具有重要的影响。
橄榄石结构的LiFePO?放电比容量高、放电平台平稳、结构稳定、循环性能
优异、原料丰富等优点,是锂离子动力电池主流正极材料。但是磷酸铁锂属于
Pnma空间群,P占据四面体位置,过渡金属M占据八面体位置,Li原子沿[010]
轴一维方向形成迁移通道,这种一维的离子通道导致了锂离子只能有序地以单
一方式脱出或者嵌入,严重影响了锂离子在该材料中的扩散能力。尤其在低温
下本体中锂离子的扩散进一步受阻造成阻抗增大,导致极化更加严重,低温性
能较差。
有类似于LiCoO?的α-NaFeO?单相层状结构。该材料具有可逆比容量高,循环稳
定性好、成本适中等重要优点,同样在动力电池领域实现了成功应
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