如何改善磷酸鐵鋰電池低溫性能?

　　磷酸鐵鋰電池成本相對三元系電池低，且安全性好，壽命長(cháng)。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，磷酸鐵鋰電池實(shí)際能量密度也在無(wú)限接近理論能量密度。所以其市場(chǎng)占有率也在穩步上升，且已經(jīng)超過(guò)三元系鋰電池的裝機量，但磷酸鐵鋰(LiFePO4，LFP)的缺點(diǎn)也很明顯：低溫性能差、振實(shí)密度低、導電性能差等，那如何改善磷酸鐵鋰電池低溫性能呢?今天格瑞普技術(shù)人員就帶大家一起探討一下磷酸鐵鋰電池低溫性能的改善方法。

　　如何改善磷酸鐵鋰電池低溫性能?

　　1、表面包覆降低LFP顆粒的表面電阻

　　鋰電池在低溫下，電極材料界面處的阻抗會(huì )增加，離子擴散速率也會(huì )降低。在LFP表面包覆一層導電層會(huì )有效降低電極材料之間的接觸電阻，從而可提高離子進(jìn)出LFP的擴散速率。

　　一般包覆材料為碳材料。例如，利用無(wú)定形碳或碳納米管或石墨烯進(jìn)行包覆，這些材料均可以使得LFP電極材料界面阻抗降低。另外一種是利用金屬或金屬氧化物涂層。有研究表明，CeO2顆?？梢跃鶆蚍植荚贚FP表面。低溫下，CeO2改善后LFP的脫/嵌能力和電極動(dòng)力學(xué)均得到明顯改善。

　　2、體相摻雜降低LFP電極的電阻

　　離子摻雜可以在LFP晶格結構中形成空位，從而促進(jìn)鋰離子在電極材料中的擴散。

　　有研究表明，Mg和F共摻雜得到的LFe0.92Mg0.08(PO4)0.99F0.03在低溫下具有較好的電化學(xué)性能。兩種離子的摻雜并未改變材料的粒徑和結構，還增加了離子傳導速率和電子轉移速率。

　　3、電解液的優(yōu)化

　　這一點(diǎn)可能并不單單可應用到LFP體系中，三元或其它有機電解液體系的鋰電池均可應用。

　　低溫下，鋰離子在電極/電解液界面的傳遞是其性能的控制步驟。提升低溫性能，其中重要的一點(diǎn)就是提高界面電化學(xué)反應速率。所以SEI膜的優(yōu)化就顯得至關(guān)重要了，而SEI膜的性質(zhì)由電解液和電極表面性質(zhì)決定。因此，對電解液的優(yōu)化也可以改善鋰電池的低溫性能。

　　有研究表明，在電解液中引入分子鏈較長(cháng)或者分子質(zhì)量較高的酯的助溶劑可以增加SEI膜的穩定性，使鋰離子穩定的嵌入，減少電池的極化。

　　除此之外，電解液中鋰鹽的選擇同樣會(huì )影響到鋰離子電導率和SEI膜的穩定性。

　　4、充電策略的優(yōu)化

　　利用脈沖電流來(lái)快速加熱低溫下的電池溫度。

　　鋰電池在充電過(guò)程中，電解液中離子運動(dòng)與極化會(huì )促進(jìn)鋰電池內部熱量的產(chǎn)生，這種生熱機制可有效地用于提高其在低溫下的性能。

　　有研究表明，利用商業(yè)鋰電池的實(shí)驗測試可以驗證連續充電和脈沖充電之間的發(fā)熱差異。從上圖可以看出，微秒脈沖時(shí)間可以促進(jìn)鋰電池中產(chǎn)生更多的熱量。

　　5、采用新型電池結構

　　LFP低溫性能的改善不僅可以從材料方面入手，電池結構方面的改進(jìn)幫助也是非常大的。

　　王朝陽(yáng)教授團隊成功開(kāi)發(fā)了一種新型的電池結構和充電策略。該電池包含一個(gè)輕巧、低成本的內部加熱結構，并通過(guò)開(kāi)關(guān)智能地控制充電電流的流向。

　　當電池溫度低于室溫時(shí)，所有電流自動(dòng)流入內部加熱結構，使電池快速升溫。當電池加熱到高于室溫后，將自動(dòng)切換至充電模式，實(shí)現了全氣候快充。