鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3355次 | 2018年12月04日
影響磷酸鐵鋰電池低溫性能的因素有哪些?
導(dǎo)電性差、鋰離子擴(kuò)散速度慢。高倍率充放電時(shí),實(shí)際比容量低,這個(gè)問(wèn)題是制約磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒(méi)有大范圍的應(yīng)用,這是一個(gè)主要的問(wèn)題。但是,導(dǎo)電性差目前已經(jīng)得到比較完美的解決:就是添加C或其它導(dǎo)電劑。目前在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)在前驅(qū)體添加有機(jī)碳源和高價(jià)金屬離子聯(lián)合摻雜的辦法來(lái)改善材料的導(dǎo)電性(A123、煙臺(tái)卓能正采用這種方法),研究表明,磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率提高了7個(gè)數(shù)量級(jí),使磷酸鐵鋰具備了和鈷酸鋰相近的電導(dǎo)特性。實(shí)驗(yàn)室報(bào)道當(dāng)0.1C充放電時(shí),可以達(dá)到165mAh/g以上的比容量,實(shí)際達(dá)到135-145mAh/g,基本接近鈷酸鋰的水平;但是鋰離子擴(kuò)散速度慢的問(wèn)題到目前仍然沒(méi)有得到較好的解決,目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO4晶粒,從而減少鋰離子在晶粒中的擴(kuò)散距離,再者就是摻雜改善鋰離子的擴(kuò)散通道,后一種方法看起來(lái)效果并不明顯。納米化已經(jīng)有較多的研究,但是難以應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中,目前只有A123宣稱掌握了LiFePO4的納米化產(chǎn)業(yè)技術(shù)。
振實(shí)密度較低。一般只能達(dá)到0.8-1.3,低的振實(shí)密度可以說(shuō)是磷酸鐵鋰的很大缺點(diǎn)。所有磷酸鐵鋰正極材料決定了它在小型電池如手機(jī)電池等沒(méi)有優(yōu)勢(shì),所以其使用范圍受到一定程度的限制。即使它的成本低,安全性能好,穩(wěn)定性好,循環(huán)次數(shù)高,但如果體積太大,也只能小量的取代鈷酸鋰。但這一缺點(diǎn)在動(dòng)力電池方面不會(huì)突出。因此,磷酸鐵鋰主要是用來(lái)制作動(dòng)力電池。
磷酸鐵鋰電池低溫性能差。盡管人們通過(guò)各種方法(例如鋰位、鐵位、甚至磷酸位的摻雜改善離子和電子導(dǎo)電性能,通過(guò)改善一次或二次顆粒的粒徑及形貌控制有效反應(yīng)面積、通過(guò)加入額外的導(dǎo)電劑增加電子導(dǎo)電性等)改善磷酸鐵鋰的低溫性能,但是磷酸鐵鋰材料的固有特點(diǎn),決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下,對(duì)于單只電芯(注意是單只而非電池組,對(duì)于電池組而言,實(shí)測(cè)的低溫性能可能會(huì)略高,這與散熱條件有關(guān))而言,其0℃時(shí)的容量保持率約60~70%,-10℃時(shí)為40~55%,-20℃時(shí)為20~40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動(dòng)力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過(guò)改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升,但還未真正滿足需求。
電池存在一致性問(wèn)題。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過(guò)2000次,但電池組的壽命會(huì)大打折扣,有可能是500次。因?yàn)殡姵亟M是由大量單體電池串并而成,其工作狀態(tài)好比一群人用繩子綁在一起跑步,即使每個(gè)人都是短跑健將,如果大家的動(dòng)作一致性不高,隊(duì)伍就跑不快,整體速度甚至比跑得最慢的單個(gè)選手的速度還要慢。電池組同理,只有在電池性能高度一致時(shí),壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。而在現(xiàn)有的條件下,由于種種原因,制作出來(lái)的電池一致性不佳,進(jìn)而影響到電池的使用性能和整體壽命,因此應(yīng)用在動(dòng)力汽車上存在一定障礙。
影響電池產(chǎn)品一致性的因素主要有三點(diǎn):
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%
1)原材料的品質(zhì):特別是磷酸鐵鋰材料系新生事物,其制造設(shè)備、合成工藝都不安全成熟、品質(zhì)易出現(xiàn)波動(dòng),導(dǎo)致電池產(chǎn)品一致性受到影響。
2)生產(chǎn)環(huán)境:磷酸鐵鋰電池做誒一個(gè)化工原料眾多、工藝繁雜的高科技產(chǎn)品,其生產(chǎn)環(huán)境對(duì)溫度、濕度、粉塵等都有很高的要求,如果沒(méi)有控制到位,電池品質(zhì)將出現(xiàn)波動(dòng)。
3)制造設(shè)備:生產(chǎn)過(guò)程中手工的成分越少、設(shè)備自動(dòng)化程度越高,電池一致性越好。
因此,磷酸鐵鋰電池要做到一致性好,關(guān)鍵是:1)原材料的把握;2)精密的電池生產(chǎn)設(shè)備;3)對(duì)工藝制作及流程的關(guān)鍵位有精細(xì)的控制模式;還有重要一點(diǎn)的是,配料過(guò)程的控制,特別是漿料的均勻一致性特別重要,在每個(gè)步驟都要做到充分均勻。也就是說(shuō),只要生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,磷酸鐵鋰電池的一致性問(wèn)題可以得到有效解決。
制造成本高。磷酸鐵鋰具有安全性、環(huán)保性、循環(huán)次數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)是毋庸置疑的,但目前的制造成本相對(duì)鉛酸電池、錳酸鋰電池要高,主要是工藝和技術(shù)方面的原因,致使材料的產(chǎn)能和良率不高。但通過(guò)合適的制備設(shè)備、制備工藝和元素?fù)诫s的方法,這一問(wèn)題可以得到有效解決。
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