用于啟停技術的LMO-LTO鋰離子電池的低溫性能研究.pdf

1、在目前的全球汽車市場中，啟停技術是最為快速發(fā)展的技術之一，因為它幾乎可以應用于所有車輛上，在行駛過程中顯著提高燃油的經濟性和減少二氧化碳的排放。配備了啟停技術的系統(tǒng)可以自動關閉并重新啟動汽車的內燃機以減少發(fā)動機空轉時間，從而提高燃油經濟性。這種技術目前廣泛應用于混合動力電動汽車的鋰離子電池發(fā)電技術中用于驅動汽車，但它也可以應用到不使用電的車輛上，燃油經濟性可以獲得從5％到10%的提升。
　　如今，由于鉛酸電池具有良好的低溫比功率和

2、較低的初始成本，可以用于大容量的啟停電池。然而，與鉛酸電池相比，鋰離子電池（LIBs）的啟停技術更引人注目，因為它們擁有較多的優(yōu)點：（1）更低的電池質量可以保證更輕的車重和更高的燃油效率，（2）較低的內部阻抗可以更有效的回收能源，和（3）更長的循環(huán)壽命保證更長的電池使用時間，減少維護。盡管有著這些優(yōu)點，但在-30oC下提供足夠的冷啟動功率啟動引擎方面仍面臨著挑戰(zhàn)，而這是12 V啟停電池最重要的要求之一。
　　因此，由尖晶石結構的錳

3、酸鋰（LiMn2O4，LMO）作為正極電極和鈦酸鋰（Li4Ti5O12，LTO）作為負極電極的鋰離子電池特別感興趣，因為LMO和LTO的尖晶石結構通常具有較高的功率性能，而且LTO近微米級的粒度將進一步提高LTO的功率性能。此外，LMO/LTO鋰離子電池具有其他更多的固有優(yōu)勢，包括材料成本低、安全性高、不存在鋰析出問題。此外，相對傳統(tǒng)的石墨負極材料，LTO還具有良好的循環(huán)壽命。因此，可以認為 LMO/LTO鋰離子電池是一種很有前途的候選

4、電池，以滿足-30oC下的冷起動功率的啟停技術對電池的要求。
　　在本課題的研究中，利用三電極體系，測試了使用三種不同電解液的LMO/LTO鋰離子電池的低溫性能。通過對LMO和LTO單電極扣式電池進行不同倍率的充放電性能進行測試，發(fā)現 LMO的放電性能和LTO的充電性能在高倍率下都很好，在15C下相對于1C也保持在90%以上，證明LMO/LTO鋰離子電池擁有優(yōu)異的放電性能，特別適合用于啟停技術。在鋰離子電池的放電測試中，在溫度下降

5、至-30 oC時，放電過程中正極LMO vs. Li+/Li的電極電勢快速下降，而在放電結束時，使用電解液A、B、C的鋰離子電池分別下降至3.1 V、3.3 V和3.3 V，而負極LTO vs. Li+/Li的電極電勢維持在1.6V的平臺上，而通過交流阻抗分析，正極LMO的Rs和Rct均大于負極LTO的Rs和Rct，這兩者都表明正極LMO電極限制了LMO/LTO鋰離子電池在-30 oC下的放電性能。這是由于正極LMO電極的顆粒尺寸遠大于

6、負極LTO電極的顆粒尺寸（10μm vs.1.2μm），導致更長的Li離子擴散路徑，因而 LMO電極出現了更大的電壓下降和更高的相轉移阻抗。鋰離子電池電解液導電性測試的結果表明，電解液C擁有最高的低溫導電率；而在鋰離子電池的放電測試中，使用電解液A、B、C的三個鋰離子電池在-30 oC下的放電容量分別為其30 oC下的64.64%、86.97%和86.26%；而在交流阻抗分析結果中，使用電解液C的鋰離子電池擁有最小的Rs和Rct。這些實