什么方面可提高锂离子电池低温性能?

2020-11-25      937 次浏览

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,因为磷酸铁锂放电重要是跟正极有关。


负极方面:考虑充电特性,锂离子电池低温充电重要是负极影响,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,冬天低温下放电问题不大,重要是低温充电。因为在横流比方面,1C或者0.5C的横流比非常关键,到恒压要非常长时间,通过改进三种不同石墨的比较,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: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。不同锂盐对低温的充放电的特性有一定的影响。固定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锂电池低温特性有一定的影响,包括其他的材料体系相同适用。


粘结剂: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,我们在磷酸铁锂离子电池包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。

为了提高锂离子电池的功率和低温性能,就必须降低整个锂离子电池放电过程的各种阻抗。这些阻抗有些比较大,有些比较小,且受电解液的成分和温度等多种因素的影响。


近日,深圳新宙邦科技股份有限公司石桥博士做了提升轻混/微混用12-48V锂离子电池的功率特性以及低温性能的功能电解液的研究与应用进展的主题演讲。他从锂离子的传导过程、溶剂、锂盐浓度、添加剂等方面介绍影响影响各阻抗的与电解液相关的因素。


众所周知,在锂离子电池的放电过程,锂离子从负极里脱出后首先进入SEI,然后在SEI中传导,再进入电解液中被溶剂化,接下来溶剂化的锂离子在电解液中传导,到达正极表面后首先脱溶剂化进入CEI,然后在CEI中传导,最后嵌入正极。


在锂离子电池放电过程中,每一步都对应一个阻抗,这个阻抗的大小与很多因素有关,下文将重要列出可能影响各阻抗与电解液相关的因素。


在锂离子传导过程中,SEI和CEI的特性有着非常重要的影响。基于不同方面的性能需求,对SEI和CEI的要求存在一定的冲突。


从提高功率和低温特性的角度来看,希望SEI和CEI尽量薄,不要太致密且导电性要好;但是从提高电池的高温性能和循环性能来讲,希望CEI和SEI厚一些或者致密一些且强度和韧性要好。



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