LiFePO4電池的熱電化學(xué)性能研究.pdf

1、LiFePO4具有原料來源廣，價格低廉，無毒性，環(huán)保和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，適合于應(yīng)用到電動汽車等所需的大型移動電源中，但在應(yīng)用中仍存在大電流充放電性能差的問題亟待解決。而且安全問題制約著LiFePO4鋰離子電池在大型移動電源領(lǐng)域中的應(yīng)用。通過對LiFePO4電池的熱電化學(xué)性能進行研究，得到基礎(chǔ)的熱力學(xué)和電化學(xué)數(shù)據(jù)，對于探求有效途徑來解決LiFePO4電池大電流充放電性能差和安全性的問題，使其應(yīng)用于大型移動電源中具有重要意義。
　　

2、 本文采用電化學(xué)-量熱法、交流阻抗及循環(huán)伏安技術(shù)研究了LiFePO4電池的熱電化學(xué)性能，對充放電前后的LiFePO4正極片進行XRD、SEM及TG-DSC測試，得到主要結(jié)論如下:
　　 1.以LiFePO4為正極金屬鋰為負(fù)極組裝成的扣式電池在40℃，0.2C、0.5C、1C下的充放電測試結(jié)果表明:0.2C充放電平臺平穩(wěn)，平臺電壓差值0.2V左右，充、放電比容量分別為145.4、144.8mAh/g;而在1C下充放電平臺陡峭，平臺

3、電壓差值1V左右，充、放電比容量分別為126.6、125.5mAh/g。表明隨充放電倍率的升高，電池的充放電平臺電壓的差值增大，極化作用增強，充、放電比容量降低。LiFePO4電池在0.2C，30℃、40℃、50℃下充放電，隨著環(huán)境溫度的升高，電池的極化作用減弱，放電比容量減小。
　　 2.采用電化學(xué)-量熱法同時獲得LiFePO4電池充放電過程中的電壓-電流-熱流信息。結(jié)果表明:電池充、放電過程中，當(dāng)放電至2.5V結(jié)束時，熱流值

4、達到最大，每單位質(zhì)量LiFePO4活性物質(zhì)的熱流峰值隨充放電倍率的升高而顯著增大。電池在某一環(huán)境度溫度下，隨著充放電倍率的增大，充、放電過程的單位容量產(chǎn)熱量增大。電池在30℃，0.2C下充電和放電過程電極反應(yīng)的△rSm分別為4.515J/mol·K、-4.636J/mol.K;在40℃，0.2C下充電和放電過程電極反應(yīng)的△rSm分別為4.435J/mol·K、-4.453J/mol.K;在50℃，0.2C下充電和放電過程電極反應(yīng)的△rS

5、m分別為4.121J/mol·K、-4.161J/mol·K。
　　 3.充放電循環(huán)前后磷酸鐵鋰正極片的XRD、SEM測試結(jié)果表明:充放電循環(huán)實驗后的正極片與未進行充放電循環(huán)的相比，結(jié)晶度降低，試樣表面出現(xiàn)了一些細小顆粒沉積物，隨電池充放電倍率和環(huán)境溫度升高正極片表面沉積物增多，粉化更為嚴(yán)重。電池在1C、2C下充放電循環(huán)后的正極片的XRD圖譜出現(xiàn)了LiP和FeO2CO3雜質(zhì)峰。
　　 4.充放電前后磷酸鐵鋰正極片的TG-

6、DSC測試結(jié)果表明:磷酸鐵鋰正極片材料在加熱過程中的熱分解反應(yīng)表現(xiàn)出兩個放熱峰，第一個放熱峰出現(xiàn)在430℃左右，對應(yīng)LiFePO4熱分解過程，第二個放熱峰在600℃處，對應(yīng)結(jié)晶度的改變過程。充放電循環(huán)后放電狀態(tài)正極片材料的熱分解過程與未進行充放電循環(huán)的基本類似。
　　 5.循環(huán)伏安和交流阻抗的測試表明:LiFePO4電池的充放電可逆性好，具有良好的充放電循環(huán)性能。LiFePO4電池的電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct)隨著充電狀態(tài)電壓從2.5