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小王子鋰離子電池正極材料的低溫特性

2024-8-8　　閱讀(610)

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小王子鋰離子電池正極材料的低溫特性

1、層狀結構正極材料的低溫特性



層狀結構，既擁有一維鋰離子擴散通道所不可比擬的倍率性能，又擁有三維通道的結構穩定性，是最早商用的鋰離子電池正極材料。其代表性物質有LiCoO2、Li(Co1-xNix)O2和Li(Ni,Co,Mn)O2等。


謝曉華等以LiCoO2/MCMB為研究對象，測試了其低溫充放電特性。


結果顯示，隨著溫度的降低，其放電平臺由3.762V(0℃)下降到3.207V(–30℃)；其電池總容量也由78.98mA·h(0℃)銳減到68.55mA·h(–30℃)。


2、尖晶石結構正極材料的低溫特性


尖晶石結構LiMn2O4正極材料，由于不含Co元素，故而具有成本低、無毒性的優勢。




然而，Mn價態多變和Mn3+的Jahn-Teller效應，導致該組分存在著結構不穩定和可逆性差等問題。




彭正順等指出，不同制備方法對LiMn2O4正極材料的電化學性能影響較大，以Rct為例：高溫固相法合成的LiMn2O4的Rct明顯高于溶膠凝膠法合成的，且這一現象在鋰離子擴散系數上也有所體現。究其原因，主要是由于不同合成方法對產物結晶度和形貌影響較大。




3、磷酸鹽體系正極材料的低溫特性


LiFePO4因的體積穩定性和安全性，和三元材料一起，成為目前動力電池正極材料的主體。磷酸鐵鋰低溫性能差主要是因為其材料本身為絕緣體，電子導電率低，鋰離子擴散性差，低溫下導電性差，使得電池內阻增加，所受極化影響大，電池充放電受阻，因此低溫性能不理想。


谷亦杰等在研究低溫下LiFePO4的充放電行為時發現，其庫倫效率從55℃的100%分別下降到0℃時的96%和–20℃時的64%；放電電壓從55℃時的3.11V遞減到–20℃時的2.62V。


Xing等利用納米碳對LiFePO4進行改性，發現，添加納米碳導電劑后，LiFePO4的電化學性能對溫度的敏感性降低，低溫性能得到改善；改性后LiFePO4的放電電壓從25℃時的3.40V下降到–25℃時的3.09V，降低幅度僅為9.12%；且其在–25℃時電池效率為57.3%，高于不含納米碳導電劑的53.4%。


近來，LiMnPO4引起了人們濃厚的興趣。研究發現，LiMnPO4具有高電位(4.1V)、無污染、價格低、比容量大(170mAh/g)等優點。然而，由于LiMnPO4比LiFePO4更低的離子電導率，故在實際中常常利用Fe部分取代Mn形成LiMn0.8Fe0.2PO4固溶體。




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