磷酸铁锂正极材料在锂离子动力电池中的应用

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1、磷酸铁锂正极材料在锂离子动力电池中的应用来源：佳工网  日期：2011-12-12  点击：13摘要：本文重点研究了锂离子电池正极材料磷酸铁锂的实际应用。考察了磷酸铁锂电池的常温循环、高温循环、不同倍率的放电性能、储存性能及安全性能。电池经过300次循环后，常温和高温循环的容量保持率分别为94.63%和91.81%；2C放电容量是0.1C放电容量的92.28%；常温储存28天电池的容量保持率为97.32%。测试结果显示磷酸铁锂电池的各方面性能均较优异。关键词：磷酸铁锂；锂离子动力电池；正极橄榄石型结构的磷酸亚铁锂（LiFePO4

2、）具有材料来源广泛、价格便宜、理论比容量较高（约170mAh/g）、理论比能量较高（约550Wh/kg）、热稳定性好、无吸湿性[1-3]、环境友好、充放电循环性能优异、原材料价格低廉以及良好的安全性等优点[4,5]，成为当前锂离子二次电池材料研究的热点，而且最有希望代替目前广泛使用的钴酸锂电极材料。1、实验1.1电池组装按照工艺条件要求分别将一定比例的正极材料磷酸铁锂、导电剂、粘结剂和溶剂，以及负极材料、导电剂、粘结剂和溶剂分别搅拌一定的时间至完全分散后，均匀的涂布在集流体上，干燥后轧膜分切；卷绕时将隔膜插在正负极片中间将两者完

3、全隔离，制成卷芯，并将5个卷芯并联后装入钢壳中，激光焊封口，真空干燥后，注入电解液，最后再将注液孔密封，制得待活化的方形锂离子电池。本文所组装的电池型号均为214867（实际尺寸为20.8mm×48.3mm×66.8mm）。1.2电池性能测试电化学性能测试采用新威CT-3008W-S1高精度电池性能检测系统测试。化成工序采用长沙杉杉动力电池有限公司的化成工艺流程，所有电化学性能实验都在化成后完成。高温循环性能在DHG-9101-1SA型电热恒温鼓风干燥箱中，温度恒定为55±5℃的条件下测试。在室温条件下对电池进行循环性能测试，循

4、环充放电电流均为1/3C。不同倍率放电实验中，电池均按0.2C充电后再按不同的倍率放电，放电截至电压为2.2V。电池安全性能测试采用自制的测试装置并具有一定安全保护的条件下完成。2、结果与讨论2.1循环性能测试为了考察LiFePO4电池在不同温度下的循环性能，对实验电池做了常温及高温循环性能测试。测试结果对比曲线如图1，可以看出，常温循环性能略优于高温循环性能。常温循环300次时的放电容量4469.6mAh，容量保持率达94.63%。高温循环300次时的放电容量4366.1mAh，容量保持率为91.81%。电池的高温循环性能较为

5、优异，这可能是由于在高温循环时，Li+在较高的温度下具有较大的扩散活化能，电池中的电化学反应阻抗减小，致使Li+在正负极之间嵌入和脱出的阻力明显降低[6,7]，并且LiFePO4在较高的温度下具有良好的稳定性[8]。图1LiFePO4电池常温(a)与高温(b)的循环特性2.2不同放电倍率性能测试由图2可以看出电池在不同倍率放电的时候，随着放电电流的增大，放电平台略有下移，这是由于放电时电流越大，电池中产生的极化越大。在充放电过程中，为保持电荷平衡，电子的迁移必然伴随Li+的嵌入或脱出。若电子不能及时导入或导出，富集的电子将通过极

6、化效应反过来限制Li+的嵌入和脱出，从而限制了电池容量的发挥。图2LiFePO4电池不同倍率的放电曲线由于实验电池采用了新工艺配方，在高倍率放电过程中产生的极化较小，放电容量也得到了很好的发挥，由表1可以看出，相对于电池0.1C时的放电容量，2C放电容量保持率为92.28%。表1LiFePO4电池在不同倍率下的放电容量2.3常温储存性能测试将电池充满电后在常温下搁置28天，测试电池搁置前后的放电容量，以考察电池的自放电率。图3所示为电池在储存前后放电容量曲线对比。搁置前电池0.2C放电容量为4682.3mAh，电池重新充满电后在

7、常温搁置28天，测试0.2C放电容量为4556.8mAh，容量保持率为97.32%，由此可以看出磷酸铁锂电池在常温下具有优异的储存性能。图3储存前后放电曲线对比2.4安全性能测试磷酸铁锂电池最突出的优点就是高安全性能，这是钴酸锂和镍酸锂等正极材料无法比拟的，我们也对实验电池进行了苛刻的安全性能测试。针刺：实验电池0.2C充满电后，在20℃±5℃条件下搁置1h。用φ3mm的钢钉从垂直于蓄电池极板的方向迅速贯穿（钢针停留在蓄电池中）。电池未爆炸，未起火，表面最高温度为105℃。短路实验：电池0.2C充满电后在20℃±5℃条件下搁置1

8、h。用电阻≦100mΩ的自制短路装置将电池经外部短路，至电池外面温度不高于环境温度10℃为止。测试结果电池未起火，未爆炸，表面最高温度为108℃。过充电实验：在20℃±5℃的环境温度下进行。电池先以1I5（A）电流放电至终止电压，连接电池正负极于直流电源，调节电