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磷酸鐵鋰（LFP）電池在常溫環(huán)境中具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。常溫環(huán)境中，電流密度為0.5 C 時(shí)，Ti4+ 摻雜的LiFePO4正極材料與碳包覆的LiFePO4首次放電比容量分別可達(dá)150 和160.2 mAh/g，并且循環(huán)過程中放電比容量保持穩(wěn)定。放電電流密度為2C，溫度為25℃時(shí)，碳包覆的LiFePO4放電比容量約為150mAh/g。

隨著溫度降低，LiFePO4電池電化學(xué)性能急劇降低，-40℃時(shí)放電比容量僅為32mAh/g，無法滿足LiFePO4電池在低溫環(huán)境中的使用需求，導(dǎo)致LiFePO4電池在低溫環(huán)境中的應(yīng)用和推廣受到較大限制。

磷酸鐵鋰低溫性能影響因素

低溫下，Li+在電極/電解液界面、電解液、SEI膜、正極、負(fù)極上的傳導(dǎo)性下降。低溫下的充放電過程中，Li+在電極/電解液界面的轉(zhuǎn)移（電荷傳遞阻抗增加）是慢速率電化學(xué)反應(yīng)限制步驟。

磷酸鐵鋰電池在低溫下的阻抗

低溫條件下，由于電池阻抗增大，極化增強(qiáng)，電池的電壓降低、放電容量下降。

低溫環(huán)境下，LiFePO4電池電化學(xué)性能與正極材料、負(fù)極材料、電解液及粘結(jié)劑等原材料的特性有直接關(guān)系。提升LiFePO4電池的低溫性能，需要優(yōu)選材料體系和設(shè)計(jì)優(yōu)化。

低溫型磷酸鐵鋰電池的技術(shù)路線

1. 優(yōu)選納米級(jí)LFP鐵鋰材料&制漿工藝優(yōu)化

H R Yao, Y X Yin, Y G Guo. Size effects in lithium ion batteries, Chin. Phys. B Vol. 25, No. 1 (2016) 018203.

2. 優(yōu)選低溫型石墨材料

負(fù)極材料直接影響電池的放電能力，尤其在低溫下影響更為明顯，需要使用小粒徑、顆粒均勻的人造石墨材料。

不同負(fù)極材料的電性能對(duì)比

3. 低溫電解液

低溫下電解液的黏度增大，SEI膜增厚，電解液易結(jié)晶，離子阻抗增加、濃差極化增大、離子遷移速率降低。

溶劑：低粘度線性EA

成膜添加劑：DTD、FEC、PS

鋰鹽：LiPF6&LiTFSI、LiPF6&LiODFB雙鋰鹽體系

4、粘結(jié)劑對(duì)低溫充放電性能影響

分別以SBR、PAA和LA133為負(fù)極粘結(jié)劑，所制備LiFe-PO4電池的低溫(0℃)循環(huán)性能及循環(huán)后的極片狀態(tài)如圖8所示。以LA133為粘結(jié)劑，電池循環(huán)性能最好(157周，保持率95.18%)，PAA 次之(157周，保持率88.16%)，SBR 最差(64周，保持率40.33%)。SBR和PAA為點(diǎn)狀粘結(jié)劑，兩者與活性物質(zhì)均以點(diǎn)結(jié)合方式相互連接，結(jié)合面較小，粘結(jié)劑與石墨之間缺乏長程連接，極片力學(xué)性能較差，石墨容易從極片表面脫落，極片易脆裂(內(nèi)嵌圖)，降低電池循環(huán)性能LA133 為鏈狀粘結(jié)劑，柔韌性較好，與石墨之間進(jìn)行長程連接，石墨穩(wěn)定存在于極片之上，活性物質(zhì)微粒之間接觸良好，有利于增大電子傳導(dǎo)和離子傳導(dǎo)率，提高低溫循環(huán)性能。

不同粘結(jié)劑對(duì)LiFePO4電池循環(huán)性能影響曲線圖

為進(jìn)一步驗(yàn)證粘結(jié)劑對(duì)LiFePO4圓柱電池低溫性能的影響，利用同步熱分析儀對(duì)SBR、PAA 和LA133 的玻璃化溫度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖9 所示。SBR、PAA 和LA133 由玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變溫度依次降低，分別為4.1、2.8和-2.8℃，由高彈態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度依次降低，分別為9.6、9.6和8.6℃。循環(huán)測(cè)試溫度(0 ℃)下，SBR和PAA處于玻璃態(tài)，兩者分子鏈無法正常運(yùn)動(dòng)，粘結(jié)性能較差，導(dǎo)致電極極片容易脆裂，電池低溫循環(huán)性能較差。然而，LA133處于玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變過程之中，分子鏈鏈端可以自由活動(dòng)，LA133開始表現(xiàn)出粘流性質(zhì)，粘結(jié)性能增強(qiáng)，循環(huán)性能較優(yōu)。

SBR、PAA 和LA133 的TGA 曲線圖

參考文獻(xiàn)：

LiFePO4動(dòng)力電池低溫性能影響因素的研究.電源技術(shù)，2018（10）