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锂离子电池正极材料的低温特性有什么防水开关

时间:2022年10月10日
锂离子电池正极材料的低温特性有什么

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层状结构正极材料的低温特性


层状结构,既拥有一维锂离子扩散通道所不可比拟的倍率性能,又拥有三维通道的结构稳定性,是最早商用的锂离子电池正极材料。其代表性物质有LiCoO2、Li(Co1-xNix)O2和Li(Ni,Co,Mn)O2等。


谢晓华等以LiCoO2/MCMB为研究对象,测试了其低温充放电特性。


结果显示,随着温度的降低,其放电平台由3.762V(0℃)下降到3.207V(–30℃);其电池总容量也由78.98mAh(0℃)锐减到68.55mAh(–30℃)。


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尖晶石结构正极材料的低温特性


尖晶石结构LiMn2O4正极材料,由于不含Co元素,故而具有成本低、无毒性的优势。


然而,Mn价态多变和Mn3+的Jahn-Teller效应,导致该组分存在着结构不稳定和可逆性差等问题。


彭正顺等指出,不同制备方法对LiMn2O4正极材料的电化学性能影响较大,以Rct为例:高温固相法合成的LiMn2O4的Rct明显高于溶胶凝胶法合成的,且这一现象在锂离子扩散系数上也有所体现。究其原因,重要是由于不同合成方法对产物结晶度和形貌影响较大。


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磷酸盐体系正极材料的低温特性


LiFePO4因绝佳的体积稳定性和安全性,和三元材料一起,成为目前动力锂电池正极材料的主体。磷酸铁锂低温性能差重要是因为其材料本身为绝缘体,电子导电率低,锂离子扩散性差,低温下导电性差,使得电池内阻新增,所受极化影响大,电池充放电受阻,因此低温性能不理想。


谷亦杰等在研究低温下LiFePO4的充放电行为时发现,其库伦效率从55℃的100%分别下降到0℃时的96%和–20℃时的64%;放电电压从55℃时的3.11V递减到–20℃时的2.62V。


Xing等利用纳米碳对LiFePO4进行改性,发现,添加纳米碳导电剂后,LiFePO4的电化学性能对温度的敏感性降低,低温性能得到改善;改性后LiFePO4的放电电压从25℃时的3.40V下降到–25℃时的3.09V,降低幅度仅为9.12%;且其在–25℃时电池效率为57.3%,高于不含纳米碳导电剂的53.4%。


近来,LiMnPO4引起了人们浓厚的兴趣。研究发现,LiMnPO4具有高电位(4.1V)、无污染、价格低、比容量大(170mAh/g)等优点。然而,由于LiMnPO4比LiFePO4更低的离子电导率,故在实际中常常利用Fe部分取代Mn形成LiMn0.8Fe0.2PO4固溶体。


锂离子电池负极材料的低温特性


相关于正极材料而言,锂离子电池负极材料的低温恶化现象更为严重,重要有以下3个原因:


低温大倍率充放电时电池极化严重,负极表面金属锂大量沉积,且金属锂与电解液的反应产物一般不具有导电性;


从热力学角度,电解液中含有大量C–O、C–N等极性基团,能与负极材料反应,所形成的SEI膜更易受低温影响;


碳负极在低温下嵌锂困难,存在充放电不对称性。



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