磷酸鐵鋰低溫電解液的性能研究.pdf

1、磷酸鐵鋰電池由于其安全性能高，且原材料成本低的優(yōu)點(diǎn)，成為目前商業(yè)化最普及的一種電池，應(yīng)用前景廣闊。但是由于磷酸鐵鋰的本征電導(dǎo)率和鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)都很低，導(dǎo)致其低溫性能差。而電解液作為電池的“血液”，可以通過調(diào)整電解液的配方來改善電池的低溫性能。
　　本文先利用規(guī)?；a(chǎn)工藝在實(shí)驗(yàn)室合成磷酸鐵鋰，然后對(duì)該材料的理化性能進(jìn)行全面分析，接著通過調(diào)整電解液的溶劑和添加劑，對(duì)LiFeO4/Li和MCMB/Li半電池在常溫、低溫下的容量、循環(huán)

2、性能和倍率性能進(jìn)行測試，最終確定電解液的配方工藝。采用的溶劑有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC)，添加劑為亞硫酸丙烯酯(PS)。先對(duì)合成的磷酸鐵鋰進(jìn)行了各方面的測試，然后對(duì)裝配的電池進(jìn)行電化學(xué)測試。得到的結(jié)論如下:
　　1、采用葡萄糖碳熱還原法制備的磷酸鐵鋰，其形貌為類球形，尺寸在1μm左右，根據(jù)能譜分析，其表面覆蓋一層碳膜。而且該工藝燒制溫度低、時(shí)間短、能源消耗少，工藝簡單，適合規(guī)

3、?；a(chǎn)。
　　2、針對(duì)電池低溫性能，先對(duì)溶劑比例進(jìn)行摸索，由于EC的介電常數(shù)比較高，在低溫下會(huì)導(dǎo)致電解液的電導(dǎo)率降低，因此其含量高不利于電池低溫性能的發(fā)揮，最終確定了EC∶DMC∶EMC=1∶1∶3的溶劑比例，此時(shí)電解液在-40℃的電導(dǎo)率為2.206mS/cm，在低溫下的放電比容量為40mAh/g，低溫和常溫性能相對(duì)來說都比較優(yōu)秀。
　　3、由于PC的熔點(diǎn)特別低，為了提高電解液在低溫下的電導(dǎo)率，采用PC按照一定比例替換EC

4、的方式，進(jìn)一步對(duì)電解液的配方進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過摸索發(fā)現(xiàn)，當(dāng)EC與PC的比值為2∶1時(shí)，電池的常溫和低溫綜合性能最好，在低溫-40℃放電容量達(dá)到了50.1mAh/g，而且放電電壓很高，為2.9V。且常溫下的循環(huán)性能、倍率性能都很優(yōu)秀。
　　4、通過對(duì)電池的常溫和低溫的EIS測試我們發(fā)現(xiàn)，在低溫下對(duì)于LiFePO4/Li半電池來說，其電荷轉(zhuǎn)移阻抗增加的非常迅速，比常溫下的阻抗要高三個(gè)數(shù)量級(jí)。但是對(duì)于EC∶PC為2∶1的半電池來說，不僅其常

5、溫下阻抗比較低為160歐姆，而且其低溫下的阻抗在所研究的情況中是最低的。
　　5、由于PC的加入對(duì)于負(fù)極MCMB的層狀結(jié)構(gòu)破壞比較嚴(yán)重，需要加入少量成膜劑PS，使得負(fù)極形成穩(wěn)定的SEI膜。最終確定了加入體積分?jǐn)?shù)為3％的PS，對(duì)于負(fù)極石墨的保護(hù)效果最佳。PS的加入不僅使得LiFePO4/Li半電池低溫性能提高到62.1mAh/g，而且大大提高了負(fù)極的穩(wěn)定性。對(duì)于MCMB/Li半電池來說，其容量高，80周循環(huán)的容量保持率最高為98.5