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磷酸鐵鋰電池的低溫性能怎樣提高?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年12月04日  

日前,在第七屆全球新能源汽車大會(GNEV7)的分論壇上,沃特瑪副總經理饒睦敏發表以《磷酸鐵鋰動力電池低溫性能影響因素的研究》為主題的演講。內容整理如下:


首先,饒睦敏介紹道,沃特瑪成立2002年,總部在深圳。目前有12000多員工,同時也是工信部首批進入動力電池目錄的電池企業,其中配套沃特瑪電池的整車有5萬多臺在路面上跑。


目前電動客車領域大部分動力電池使用的都是磷酸鐵鋰。饒睦敏表示,磷酸鐵鋰有幾個比較優勢的特點:循環壽命和倍率比較好,但是低溫比其他的電池體系會差一點。其次,目前電動汽車在不同溫度下整個效率還是有比較大的差別,常溫下能跑160公里的電動汽車可能到了-20度只能跑60-80公里了,效率降低得比較明顯。其次是冬天低溫充電的問題,包括難充電、安全事故的問題。


針對磷酸鐵鋰電池,沃特瑪對它低溫特性影響因素做了比較詳細的研究:一個是正極的影響,磷酸鐵鋰正極本身電子導電性比較差,另外比較容易產生極化,降低容量的發揮;第二個負極,負極這塊主要是低溫充電,因為它會影響到安全性問題;第三個是電解液這一塊,可能低溫下黏度會增大,鋰離子遷移阻抗會增大;第四個就是粘結劑,現這個對電池的低溫性能影響也是比較大的。


沃特瑪整個思路是從正極、負極、電液、粘結劑四塊提高磷酸鐵鋰電池的低溫性能。


正極方面,現在都是納米化,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,因為磷酸鐵鋰放電主要是跟正極有關。


從負極方面考慮充電特性,饒睦敏認為鋰電池低溫充電主要是負極影響,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,饒睦敏認為在冬天低溫下放電問題不大,主要是低溫充電。因為在橫流比方面,1C或者0.5C的橫流比非常關鍵,到恒壓需要非常長時間,通過改進三種不同石墨的對比,發現其中一種在-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。


電解液這一塊,在-20度,-30度下電解液結冰,黏度增大,形成性能惡化。電解液從三方面:溶劑,鋰鹽,添加劑。饒睦敏表示,”通過實驗我們發現溶劑對磷酸鐵鋰電池低溫影響從70%多影響到90%多,有十幾個點的影響;其次,不同鋰鹽對低溫的充放電的特性有一定的影響。我們固定了溶劑體系和鋰鹽基礎上,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電池低溫特性有一定的影響,包括其他的材料體系一樣適用?!?/p>


粘結劑方面,饒睦敏表示有三種,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的循環以后,整個極片是有粘結劑失效的現狀,而采用線狀的粘結劑不會存在這個問題。在整個體系上,從正極、負極、電解液到粘結劑的改善以后,我們在磷酸鐵鋰電池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%,這是倍率跟循環的一些特性。


從總體上講,新能源汽車在北方的正常運營,低溫條件下不只是電池單體能夠解決充電問題,要通過pack還有BMS整個循環電池的涉獵,還有保障模式的創新,加起來才能充分保障新能源汽車在北方低溫正常運營。

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