磷酸盐动力锂离子电池制备及电化学性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woxiaosong
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随着动力锂离子电池的市场推广,磷酸盐动力锂离子电池由于具有长循环寿命和高安全性被广泛关注,单体的性能不断提高,相应电池系统在电动汽车中也获得越来越多的应用,但是单体电池的一致性和环境适应性(高温放电性能、低温放电性能)仍需提高。基于此,本文研究了磷酸铁锂和磷酸钒锂电池的制备技术与电化学性能,通过优化制备工艺提高磷酸盐动力锂离子电池的一致性和高温、低温放电性能。研究磷酸铁锂材料、导电剂、电解液和隔膜对软包装全电池性能的影响,获得材料的优选原则,结果表明,粒径D50较小、比表面积适中以及碳含量大于2%的磷酸铁锂材料具有更好的循环和倍率性能;锂盐浓度高的电解液具有更好的循环、倍率以及低温放电性能;含纳米管的复合导电剂具有更好的循环、倍率放电性能和更稳定的放电平台;而具有较大孔隙率以及水接触角大的隔膜具有更好的倍率放电性能,同时电池热效应更小。采用优选电池材料,批量制备了软包装磷酸铁锂电池,8000多只电池测试结果表明,与传统工艺相比,容量标准差由133 mAh降低至86 mAh,内阻标准差由0.191 mΩ降低至0.082 mΩ,明显提高了软包装电池的一致性;循环寿命由2000次提高至3600次(1C倍率下,容量衰减至80%),10C倍率放电容量达1 C放电容量的99%;55℃环境下,以1.0 C充放电,100%DOD循环寿命达到1000次以上;在-20℃和0.5C电流密度下放电,可以放出室温容量的65%;采用XRD和SEM分析循环后极片材料的结构和形貌,结果表明,循环后磷酸铁锂材料晶体结构没有发生坍塌,也未出现杂质相,形貌改变较小,电池的容量下降主要原因在于负极和电解液。通过优选磷酸钒锂材料、优化正极浆料的配方,并研究电解液对磷酸钒锂电池性能的影响,获得磷酸钒锂软包装电池制备技术,活性物质:粘结剂:导电剂为91.5:5.0:3.5比例最佳,含VC、PS添加剂的高电压电解液显著改善磷酸钒锂电池的循环性能。采用磷酸钒锂制备技术,批量制备了软包装磷酸钒锂电池,4000多只电池测试结果表明,采用优化配方后,容量标准差由125 mAh降低至86 mAh,内阻标准差由0.125 mΩ降低至0.078 mΩ,明显提高了软包装电池的一致性;100%DOD深循环寿命达到800次(1C倍率下,容量衰减至80%);同时,磷酸钒锂电池具有比磷酸铁锂电池更优异的低温性能,在-30℃和0.5C电流密度放电,仍然可以放出室温容量的71.40%;采用XRD和SEM分析循环后极片材料结构和形貌,结果表明,磷酸钒锂材料循环过程中不易产生应力,但过渡金属的不完全氧化还原可能造成容量损失。
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