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大师原酌

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从正负极材料和电解液解析锂电池低温性能改善

本文摘要:锂离子电池以其高比能量及功率密度、宽循环寿命、环境友好等特点在消费类电子产品、电动汽车和储能等领域获得了普遍的应用于。

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锂离子电池以其高比能量及功率密度、宽循环寿命、环境友好等特点在消费类电子产品、电动汽车和储能等领域获得了普遍的应用于。作为新能源汽车的动力源,锂离子电池在实际应用于中仍不存在较多问题,如低温条件下能量密度明显降低,循环寿命也适当受到影响,这也相当严重容许锂离子电池的规模用于。

目前,研究者们对导致锂离子电池低温性能劣的主要因素另有争辩,但毕竟有以下3个方面的因素:1..低温下电解液的粘度减小,电导率减少;2.电解液/电极界面膜电阻和电荷转移电阻减小;3.锂离子在活性物质本体中的迁入速率减少.由此导致低温下电极极化激化,充放电容量增大。另外,低温电池过程中特别是在是低温大倍率电池时,负极将经常出现锂金属两县与沉积,沉积的金属锂不易与电解液再次发生不可逆反应消耗大量的电解液,同时使SEI膜厚度更进一步减少,造成电池负极表面膜的电阻更进一步减小,电池极化再度强化,最将不会很大毁坏电池的低温性能、循环寿命及安全性性能。本文综述了锂离子电池低温性能的研究进展,系统地分析了锂离子电池低温性能的主要容许因素。

从负极、电解液、负极三个方面辩论了近年来研究者们提升电池低温性能的改性方法。一、负极材料负极材料是生产锂离子电池关键材料之一,其性能直接影响电池的各项指标,而材料的结构对锂离子电池的低温性能具备最重要的影响。橄榄石结构的LiFePO4静电比容量低、静电平台稳定、结构平稳、循环性能出色、原料非常丰富等优点,是锂离子动力电池主流负极材料。

但是磷酸铁锂归属于Pnma空间群,P占有四面体方位,过渡性金属M占有八面体方位,Li原子沿[010]轴一维方向构成迁入地下通道,这种一维的离子通道造成了锂离子不能有序地以单一方式瞬或者映射,严重影响了锂离子在该材料中的蔓延能力。特别是在在低温下本体中锂离子的蔓延更进一步阻碍导致电阻减小,造成极化更为相当严重,低温性能较好。镍钴锰基LiNixCoyMn1-x-yO2是近年来研发的一类新型固溶体材料,具备类似于LiCoO2的α-NaFeO2单相层状结构。

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该材料具备共轭比容量低,循环稳定性好、成本高等最重要优点,某种程度在动力电池领域构建了顺利应用于,并且应用于规模获得很快发展。但是也不存在一些急需解决问题的问题,如电子导电亲率较低、大倍率稳定性劣,特别是在是随着镍含量的提升,材料的高低温性能变差等问题。富锂锰基层状负极材料具备更高的静电比容量,未来将会沦为下一代锂离子电池负极材料。

然而富锂锰基在实际应用于中不存在诸多问题:首次不可逆容量低,在充放电的过程中易由层状结构向尖晶石结构改变,使得Li+的蔓延地下通道被迁入过来的过渡性金属离子阻塞,导致容量波动相当严重,同时本身离子以及电子导电性不欠佳,造成倍率性能和低温性能不欠佳。提高负极材料在低温下离子蔓延性能的主流方式有:1使用导电性出色的材料对活性物质本体展开表面外壳的方法提高负极材料界面的电导率,减少界面电阻,同时增加负极材料和电解液的副反应,平稳材料结构。Rui等使用循环伏安和交流电阻法对碳外壳的LiFePO4的低温性能展开了研究,找到随着温度的减少其静电容量渐渐减少,-20°C时容量仅有为常温容量的33%。

作者指出随着温度减少,电池中电荷转移电阻和韦伯电阻渐渐逆大,CV曲线中的水解还原成电位的差值减小,这指出在低温下锂离子在材料中的蔓延减缓,电池的法拉第反应动力学速率弱化导致极化显著减小(图1)。


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