鉅大LARGE | 點擊量：2166次 | 2021年05月17日
磷酸鐵鋰離子電池性能的影響因素
一、鋰離子電池的評判指標(biāo)
評判一個電池的好壞重要通過一個電池安全性、比能量（也稱為容量）、比功率（電池的大倍率充放電的能力）、電池的高低溫性能、壽命（包括使用壽命和儲存壽命）5個指標(biāo)來衡量。
電池的安全性，是指一個電池在使用過程中是否會對你個人的生命財產(chǎn)存在過大的安全隱患，是否會對使用的電器設(shè)備存在損壞的風(fēng)險，其重要性不言而喻；容量則是指一定條件下（放電率、溫度、終止電壓等）電池放出的電量；倍率，是指一個電池充放電電流大小的比率，而比功率則是大倍率的充放電能力（大倍率充電則是生活中常見的快充電池，比能量性能好可以在很短的時間內(nèi)充滿一個電池，大倍率放電是指電池在使用過程中，用電設(shè)備有時候要大電流供應(yīng)啟動放入生活中的馬達在要加速時，就必需增大電流才能達到加速的效果，若電流達不到要求，馬達速度就無法得到提升。）電池的高低溫性能，是指帶電池在使用過程中充電或大倍率放電時電池溫度會升高或電池在低溫環(huán)境下是否能正常充放電的情況（高低溫性能不好的電池在充電時溫度在升高之后電壓電流倍率會受到影響，安全性能也會受到挑戰(zhàn)，低溫性能不好的，特別是北方常見的天氣，零下幾十度時電池容量會下降到常溫的30-40%）；電池壽命則是指一個電池能正常循環(huán)使用的時間長短。一般不同規(guī)格的電池相應(yīng)的國家指標(biāo)。
二、幾種不同材料的鋰離子電池
目前常見的鋰離子電池重要有：磷酸鋰離子電池、錳酸鋰、鈦酸鋰、鎳酸鋰、鎳鈷錳三元材料等他們各個性能數(shù)據(jù)如圖1
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
若將它們的五個指標(biāo)分別分成五個等級再評判綜合性能時（容量為實際容量）；假如以安全為重要指標(biāo)，級次是壽命和高低溫性能的話，那么磷酸鐵鋰可以說是最安全實用的。
三、影響磷酸鐵鋰性能的幾個因素
1、內(nèi)部電池的負(fù)極材料，目前的負(fù)極材料重要是傳統(tǒng)的石墨，現(xiàn)在正往硅碳發(fā)展；另一個就是正極材料中的磷酸鐵鋰和導(dǎo)電劑。磷酸鐵鋰的是橄欖石型結(jié)構(gòu)如圖3，晶型結(jié)構(gòu)中氧原子以稍微扭曲的六方緊密堆積的方式排列。Fe與Li分別位于氧原子八面體中心4c和4a位置，形成了FeO6和LiO6八面體。P占據(jù)了氧原子四面體4c位置，形成了PO4四面體。LiFePO4結(jié)構(gòu)在c軸方向上是鏈?zhǔn)降模?個PO4四面體與1個FeO6八面體、2個LiO6八面體共邊，由此形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上看，PO4四面體位于FeO6層之間，這在一定程度上阻礙了鋰離子的擴散運動，此外，相鄰的FeO6八面體通過共頂點鏈接層狀結(jié)構(gòu)和尖晶是結(jié)構(gòu)中存在共棱的MO6八面體持續(xù)結(jié)構(gòu)不同，共頂點的八面體具有相對較低的電子傳導(dǎo)率使得鋰離子在充放電時遷移空間有限，大倍率充放電下電化學(xué)極化很大。從而直接影響電池的容量。
導(dǎo)電劑是指在活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間起到收集微電流用途的物質(zhì)，因其能夠?qū)щ娊o電子的移動供應(yīng)通道，所以能有效的提高電子在電極材料中的遷移速率進而直接提高電池的充放電倍率性能。常見的導(dǎo)電劑重要有導(dǎo)電炭黑，石墨烯，碳納米管等，導(dǎo)電性能最好的是碳納米管，目前隨著碳納米管制造生產(chǎn)技術(shù)和分散生產(chǎn)技術(shù)的提高，正快速的稱為鋰離子電池的重要導(dǎo)電劑。
2、外部影響因素重要是環(huán)境溫度和放電倍率及充放電電壓。
將充滿電的電池分別置于不同的溫度環(huán)境中進行放電，放電方法為1/3C恒流充電至電壓達到3.65V,改為恒壓充電直至電流下降至1A，停止充電。在環(huán)境中充分靜置，以1/3C恒流放電至電壓達到2V為止，計算出容量。將同一型號的6個電池在-40℃、20℃、0℃、30℃、50℃、60℃進行充放電其結(jié)果容量如圖4所示；所以電池的容量隨溫度的升高而上升。
放電倍率對電池的影響重要體現(xiàn)容量上，容量隨放電倍率的增大而減小，一方面重要是電池自身內(nèi)阻的存在，當(dāng)大電流時，電池發(fā)熱，溫度升高帶你吃熱穩(wěn)定性能直接反饋；另一方面是大電流時，電池的活性物質(zhì)利用率較低，電池極化內(nèi)阻增大，極化電壓新增，電池電壓提前降低到放電終止電壓是電池輸出容量減少。
充電倍率對電池的影響，當(dāng)充電電壓過高時，電池發(fā)生副反應(yīng)并出現(xiàn)大量的熱，電極界面電阻隨之增大，熱穩(wěn)定性則降低，容量則減小。
