低温锂离子启动电池用电解液及电极材料综述

汽车普遍存在寒冷条件下启动困难的问题,亟需开发出性能优异的新型低温锂离子启动电池。电解液和正负极材料对锂离子电池低温性能的影响最为显著。对从电解液、正极材料和负极材料等方面改善锂离子电池低温性能的研究进展进行了综述,并对电解液和电极材料在低温锂离子启动电池中的应用进行了展望。     

LiFePO4锂离子电池低温性能研究进展

随着对锂离子动力电池的研究深入,LiFePO4正极材料以其诸多优势有希望得到广泛应用,但是其差强人意的低温性能一直备受关注。介绍了以LiFePO4为正极材料的锂离子电池低温性能难以提高的原因,分析了锂离子电池的正、负极材料和电解液对电池低温性能的影响。最后简要提出了提高低温性能的方法。     

锂离子电池材料研究进展

综述了最近几年来锂离子电池相关材料的研究。锂离子电池相关材料主要包括:①正极材料,主要有LiCoO2、LiMn2O4和LiNiO2等;②负极材料,主要有焦炭、石墨等;③电解质材料,主要包括锂盐、有机溶剂和添加剂等。     

低温锂离子电池研究进展

综述了低温锂离子电池近几年的研究进展.对比分析了不同溶剂、电解质及添加剂对锂离子电池低温性能的影响及作用机理,同时也讨论了低温环境中电极结构与表面反应对锂离子电池低温性能的影响.综合近年来的发展趋势,指出了低温锂离子电池的发展方向.     

材料对锂离子电池低温性能影响研究

锂离子电池在-40℃以下使用时能量和功率迅速下降,主要是由于电解质电导率下降、锂离子在固体电解质界面(SEI)膜上动力学性能差,以及锂离子在电极表面层和电极本体的扩散差[1]。主要从锂离子电池的材料角度出发,重点研究了正负极活性物质粒径、电解液对磷酸铁锂电池低温性能的影响。结果表明正负极活性物质粒径越小,锂离子电池低温性能越好,间接证明了锂离子在电极表面层和电极本体的扩散是影响锂离子电池低温性能最主要的原因,尤其是锂离子在正极上的扩散对低温放电性能起主导性作用。     

锂离子电池正负极材料市场发展趋势

阐述了锂离子电池正极材料钴酸锂和负极材料石墨的发展趋势和市场对正负极材料的要求。随着锂离子电池应用范围的拓宽和人们对锂离子电池高电压、高比能等性能的要求,锂离子电池的高容量和高安全性受到关注。目前钴酸锂依然是锂离子电池用正极材料的主流,但具有相对高安全、高容量、低成本的正极材料替代产品相继开发,并逐步向市场靠近。碳材料仍然在锂离子电池负极材料中占绝对优势,市场竞争的加剧导致负极材料向高容量、低成本方向转化。     

锂离子电池电极材料的研究进展

综述了锂离子电池电极材料的研究进展,介绍了正极材料和负极材料.指出今后电极材料的研究与开发重点将朝着高比容量、高充放电效率、高循环性能以及低成本方向发展.     

导电剂对锂离子电池低温性能的影响

采用恒流充放电法和交流阻抗法研究了阳极中添加不同的导电剂对锂离子电池低温性能的影响。运用SEM观察了添加不同导电剂对阳极极片表面形貌的影响。结果表明,和单一导电添加剂相比,复合导电添加剂使锂离子电池负极的电荷传导能力提高,整个充放电过程中的电荷转移电阻减小,使电池的低温性能得到明显改善。     

电解液对锂离子电池低温放电性能的影响

向常规电解液[六氟磷酸锂(LiPF6)-碳酸乙烯酯(EC)-碳酸甲乙酯(EMC)-碳酸二甲酯(DMC)]中添加溶剂乙酸乙酯(EA)和碳酸丙烯酯(PC),制得的低温电解液可改善锂离子电池的低温放电性能.在-40℃下,低温电解液和常规电解液的电导率分别为0.864 mS/cm、0.370 mS/cm;在0.20 C、0.50 C时,使用低温电解液的电池的放电容量分别为室温放电容量的71％和41％,放电中值电压比室温时分别降低了0.90V和1.03V.     

锂离子电池的低温性能研究

向电解液中添加碳酸亚乙烯酯(VC),可提高负极界面的导电性与稳定性.在-20℃下放电,电解液中加VC的电池的放电电压平台比不加VC的电池提高约25%.三电极实验结果表明:在低温下由于电池阻抗增大,极化增强,充电过程在负极出现金属锂沉积;金属锂与电解液发生还原反应形成SEI膜,SEI膜的状态与充电电流有关.     

LiFePO4锂离子电池的低温性能改进

利用多巴胺自聚合原理,通过包覆一层氮掺杂的碳质材料(无定型碳)来降低磷酸铁锂(LiFePO₄)材料的表面电阻,提高低温下Li+迁移速率。采用含氟有机溶剂氟代碳酸乙烯酯,以物质的量比为1∶1的双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)和双(五氟乙基磺酰基)亚胺锂(LiBETI)为混合锂盐,制备1 mol/L混合锂盐电解液(MLiE),以解决电池在低温环境下性能下降的问题。与目前的商业LiFePO₄/石墨电池相比,组装使用MLiE的LiFePO₄锂离子电池在-20℃于3.65~2.50 V充放电,0.1 C、0.2 C、0.5 C和1.0 C放电容量分别增加了37.4%、44.6%、51.1%和65.3%。     

超低温锂离子电池的研制

研制了兼具低温放电、高功率输出及高比能量等特点的额定容量为5 Ah的软包装锂离子电池。电池的比能量达183.5 Wh/kg,在-40℃的低温下,以5 C(25 A)在2.2~4.2 V放电,可放出额定容量的86.9%。常温20 C放电能放出额定容量的94.3%,平均比功率达3 027 W/kg。在80 C高功率脉冲放电2 s的实验中,2 s内平均比功率达9 164 W/kg。以1 C在2.75~4.20 V循环1 000次,容量保持率为88.3%。     

改善锂离子电池的低温充电性能

通过优选电池材料,提高锂离子电池的低温充电性能。与常规材料相比,采用二次颗粒石墨(一次、二次粒子的D_(50)分别为9~10μm和15~17μm)、水溶性粘合剂LA132和添加乙酸丙酯(PA)的低温型电解液,可提高电池的低温充电性能。负极采用95.5%二次颗粒石墨、1.0%导电剂和3.5%水溶性粘合剂LA132,电解液含有低温溶剂时,可达到最优效果。在-5℃、-10℃、-15℃和-20℃低温条件下,电池以0.15 C电流进行恒流充电,Li~+不可逆损耗比例分别为0.01%、0.03%、1.01%和1.35%,负极片表面均未出现析锂现象。     

PC作电解质组分的锂离子蓄电池高低温性能

研究比较了含和不含碳酸丙稀酯(PC)两种电解液的063048型锂离子蓄电池的循环性能、高温和低温放电性能。结果表明,室温下两种电解液的电池初始容量和循环稳定性相似,两种电解液的电池都表现出良好的循环性能,循环50次后电池容量都保持在95%以上。电池的高低温性能测试结果表明,含PC比不含PC组分电解液的电池在70℃的高温下和-10℃的低温下放电容量高得多。70℃和-10℃下,不含PC电解液的电池容量分别只有室温时的46%和68%,而含PC电解液的电池容量分别保持在78%和87%。     

LiFePO_4锂离子电池的低温性能

采用循环伏安和充放电测试研究了LiFePO4和碳负极材料的低温性能.LiFePO4在25℃时的0.1 C和0.3 C放电比容量分别为156 mAh/g和148 mAh/g,在-20℃时分别为91 mAh/g和65 mAh/g.碳负极材料在-20℃下以0.1 C和0.3 C放电,几乎可放出25℃时的全部比容量.约330 mAh/g.LiFePO4是LiFePO4锂离子电池低温容量的主要影响因素.     

聚酰亚胺隔膜改善锂离子电池的性能

研究聚酰亚胺(PI)隔膜的吸液率、孔隙率和耐温性能。分析PI隔膜和Celgard隔膜组装的电池的倍率性能、循环性能和安全性能。PI隔膜具有比Celgard隔膜更好的耐温性能及更高的吸液率,组装的电池在以高于1.500 C的倍率放电时,电压平台及输出容量与0.100 C输出容量的比值分别比Celgard隔膜组装的电池至少高出0.024 V和1.000%。     

锂离子电池高温储存后的安全性能

将以LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiFePO4为正极活性物质,人造石墨为负极活性物质的锂离子电池以满电态在高温(55±2℃)下储存30 d;通过过充电和加速量热(ARC)实验,比较了高温储存前后的安全性能。高温储存后,正极为LiCoO2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电池在过充电时发生热失控,自加热起始温度分别由130℃和160℃提前到123℃和150℃,说明安全性能降低;正极为LiFePO4的电池耐过充时间延长400 s,自加热速率下降,表明安全性能没有降低。     

复合负极锂离子电池的低温充电性能

相比人造石墨,软碳具有更好的低温循环性能.考察软碳与人造石墨复合负极材料在三元材料/人造石墨-软碳体系中的低温循环性能.使用软碳与人造石墨(质量比3∶7)复合材料的电芯,在-20℃下以1.0 C于2.5～4.2 V循环25次,放电容量恢复至初始容量的48.20％,高于使用人造石墨的34.73％.分析低温充电曲线可知,使...