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磷酸铁锂电池衰降机理研究
发布时间:2021-08-20
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本文摘要:比亚迪是磷酸铁锂材料的心目中支持者,其研发的众多新能源车型,还包括比亚迪与戴姆勒公司合作开发的“腾势”奢华电动汽车都使用了磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池仅次于的优势是低成本、安全性和较好的循环性能,以及十分出色的快差使性能。与传统的层状负极材料有所不同的是,磷酸铁锂材料具备巩固的橄榄石结构,使得磷酸铁锂材料具备十分好的热稳定性,以及循环稳定性,同时磷酸铁锂材料还具备十分出色的快差使性能,可以在6min之内充满著90%,因此磷酸铁锂材料十分合适作为动力电池的负极材料。

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比亚迪是磷酸铁锂材料的心目中支持者,其研发的众多新能源车型,还包括比亚迪与戴姆勒公司合作开发的“腾势”奢华电动汽车都使用了磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池仅次于的优势是低成本、安全性和较好的循环性能,以及十分出色的快差使性能。与传统的层状负极材料有所不同的是,磷酸铁锂材料具备巩固的橄榄石结构,使得磷酸铁锂材料具备十分好的热稳定性,以及循环稳定性,同时磷酸铁锂材料还具备十分出色的快差使性能,可以在6min之内充满著90%,因此磷酸铁锂材料十分合适作为动力电池的负极材料。作为动力电池,使用寿命往往要超过10-15年,期间要展开1000次以上的充放电,因此对于动力电池的衰降机理研究就变得尤为重要,来自德国慕尼黑工业大学的NeelimaPaul和他所在的团队就利用中子散射的方法对磷酸铁锂电池衰降机理展开了研究。

研究表明导致磷酸铁锂电池容量衰降的主要因素是活性Li的损失,在衰降电池中没找到正负极材料的结构衰降和活性物质失活。实验中NeelimaPaul使用了18650型电池,负极使用磷酸铁锂LFP,负极分别使用了中间相碳微球MCMB和针状焦NC,两种负极材料形貌进右图右图(a,b为MCMB,c,d为NC),负极冗余度为1.25,每种负极的电池打算了2只,其中一只在1C倍率下循环4750次,另一只在20%SoC状态下存储2年。

两种有所不同负极的磷酸铁锂电池的循环性能和储存性能如上图右图,从数据上我们可以看见,使用MCMB负极的电池衰降是呈现出线性的,1C循环4750次容量损失8.2%。而使用NC负极的电池则呈现了一个几乎有所不同的衰降趋势,在前一千次容量衰降十分慢,随后渐渐减慢,最后超过于MCMB负极电池完全相同的衰降速率,最后1C循环4750次,容量损失为23.1%。

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在20%SoC,23℃状态下存储2年的时间,使用MCMB负极的磷酸铁锂电池容量减少了1.5%,而使用NC负极的磷酸铁锂电池容量上升了10.8%。为了在不毁坏电池的前提下提供负极材料和负极材料详尽的结构信息,NeelimaPaul利用中子散射的方法对循环和储存的磷酸铁锂电池展开了分析,中子散射的结构如上图右图。静电后的磷酸铁锂电池的中子散射图谱如下图右图。静电后的磷酸铁锂电池,负极磷酸铁锂正处于嵌锂状态,而负极出于干锂状态,但是实质上我们在散射图谱上看见了负极中还不存在着FePO4的散射峰,这指出负极中不存在着数量相当可观的FePO4。

经过涉及的计算出来表明,使用MCMB负极的储存电池LFP:FP比例为75:25,而循环电池的LFP:FP比例为67:33,使用NC负极的储存电池这一比例为58:42,循环电池的这一比例为55:45。我们在中子散射图谱中没仔细观察到金字锂状态的石墨LiC6的散射峰,这指出在电池中不不存在嵌锂,但是与导电网络丧失相连的金字锂状态石墨LiC6。


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