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什么方面可提高鋰離子電池低溫性能?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年11月25日  

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,因為磷酸鐵鋰放電重要是跟正極有關(guān)。


負極方面:考慮充電特性,鋰離子電池低溫充電重要是負極影響,包括粒徑大小還有負極的間距變化,選取了三種不同的人造石墨作為負極,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,冬天低溫下放電問題不大,重要是低溫充電。因為在橫流比方面,1C或者0.5C的橫流比非常關(guān)鍵,到恒壓要非常長時間,通過改進三種不同石墨的比較,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: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。不同鋰鹽對低溫的充放電的特性有一定的影響。固定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鋰電池低溫特性有一定的影響,包括其他的材料體系相同適用。


粘結(jié)劑: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、負極、電解液到粘結(jié)劑的改善以后,我們在磷酸鐵鋰離子電池包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。

為了提高鋰離子電池的功率和低溫性能,就必須降低整個鋰離子電池放電過程的各種阻抗。這些阻抗有些比較大,有些比較小,且受電解液的成分和溫度等多種因素的影響。


近日,深圳新宙邦科技股份有限公司石橋博士做了提升輕混/微混用12-48V鋰離子電池的功率特性以及低溫性能的功能電解液的研究與應(yīng)用進展的主題演講。他從鋰離子的傳導(dǎo)過程、溶劑、鋰鹽濃度、添加劑等方面介紹影響影響各阻抗的與電解液相關(guān)的因素。


眾所周知,在鋰離子電池的放電過程,鋰離子從負極里脫出后首先進入SEI,然后在SEI中傳導(dǎo),再進入電解液中被溶劑化,接下來溶劑化的鋰離子在電解液中傳導(dǎo),到達正極表面后首先脫溶劑化進入CEI,然后在CEI中傳導(dǎo),最后嵌入正極。


在鋰離子電池放電過程中,每一步都對應(yīng)一個阻抗,這個阻抗的大小與很多因素有關(guān),下文將重要列出可能影響各阻抗與電解液相關(guān)的因素。


在鋰離子傳導(dǎo)過程中,SEI和CEI的特性有著非常重要的影響。基于不同方面的性能需求,對SEI和CEI的要求存在一定的沖突。


從提高功率和低溫特性的角度來看,希望SEI和CEI盡量薄,不要太致密且導(dǎo)電性要好;但是從提高電池的高溫性能和循環(huán)性能來講,希望CEI和SEI厚一些或者致密一些且強度和韌性要好。



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