鉅大LARGE | 點擊量：590次 | 2019年04月12日
怎樣提高磷酸鐵鋰電池的低溫性能
日前，在第七屆全球新能源汽車大會（GNEV7）的分論壇上，沃特瑪副總經理饒睦敏發(fā)表以《磷酸鐵鋰動力電池低溫性能影響因素的研究》為主題的演講。內容整理如下：
首先，饒睦敏介紹道，沃特瑪成立2002年，總部在深圳。目前有12000多員工，同時也是工信部首批進入動力電池目錄的電池企業(yè)，其中配套沃特瑪電池的整車有5萬多臺在路面上跑。
目前電動客車領域大部分動力電池使用的都是磷酸鐵鋰。饒睦敏表示，磷酸鐵鋰有幾個比較優(yōu)勢的特點：循環(huán)壽命和倍率比較好，但是低溫比其他的電池體系會差一點。其次，目前電動汽車在不同溫度下整個效率還是有比較大的差別，常溫下能跑160公里的電動汽車可能到了-20度只能跑60-80公里了，效率降低得比較明顯。其次是冬天低溫充電的問題，包括難充電、安全事故的問題。
針對磷酸鐵鋰電池，沃特瑪對它低溫特性影響因素做了比較詳細的研究：一個是正極的影響，磷酸鐵鋰正極本身電子導電性比較差，另外比較容易產生極化，降低容量的發(fā)揮;第二個負極，負極這塊主要是低溫充電，因為它會影響到安全性問題;第三個是電解液這一塊，可能低溫下黏度會增大，鋰離子遷移阻抗會增大;第四個就是粘結劑，現(xiàn)這個對電池的低溫性能影響也是比較大的。
沃特瑪整個思路是從正極、負極、電液、粘結劑四塊提高磷酸鐵鋰電池的低溫性能。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
正極方面，現(xiàn)在都是納米化，它的粒徑、電阻力，AB平面軸長大小三方面會影響到整個電池低溫的特性。通過三種工藝制備了磷酸鐵鋰，從我們整個制備的條件來講，不同的磷酸鐵鋰工藝納米化跟包覆，我們從AB面的軸長來看，AB面軸長的增大使得鋰離子遷移通道會變大，將有利于提高電池倍率的性能。不同工藝對正極也有不同的影響，100到200納米粒徑磷酸鐵鋰做出的電池低溫放電特性比較好，在-20度可以釋放94%，也就是粒徑的納米化縮短了遷移的路徑，也提高了低溫放電的性能，因為磷酸鐵鋰放電主要是跟正極有關。
從負極方面考慮充電特性，饒睦敏認為鋰電池低溫充電主要是負極影響，包括粒徑大小還有負極的間距變化，選取了三種不同的人造石墨作為負極，來研究不同的層間距和粒徑對低溫特性的影響。從三種材料來看，層間距大的顆粒石墨，從阻抗來講，本體阻抗和離子遷移阻抗比較小一點。
充電方面，饒睦敏認為在冬天低溫下放電問題不大，主要是低溫充電。因為在橫流比方面，1C或者0.5C的橫流比非常關鍵，到恒壓需要非常長時間，通過改進三種不同石墨的對比，發(fā)現(xiàn)其中一種在-20度充電恒流比有比較大的改善，從40%提高到70%多，層間距的增大，還有粒徑的減小。
電解液這一塊，在-20度，-30度下電解液結冰，黏度增大，形成性能惡化。電解液從三方面：溶劑，鋰鹽，添加劑。饒睦敏表示，”通過實驗我們發(fā)現(xiàn)溶劑對磷酸鐵鋰電池低溫影響從70%多影響到90%多，有十幾個點的影響;其次，不同鋰鹽對低溫的充放電的特性有一定的影響。我們固定了溶劑體系和鋰鹽基礎上，低溫添加劑可以使放電容量從85%提高到90%，也就是說，整個電解液體系中，溶劑、鋰鹽還有添加劑都對我們的動力電池低溫特性有一定的影響，包括其他的材料體系一樣適用。”
粘結劑方面，饒睦敏表示有三種，兩種點狀，一種線狀的。-20度充放電情況下，兩種點狀大概做了70多到80的循環(huán)以后，整個極片是有粘結劑失效的現(xiàn)狀，而采用線狀的粘結劑不會存在這個問題。在整個體系上，從正極、負極、電解液到粘結劑的改善以后，我們在磷酸鐵鋰電池單體這塊做得比較好的效果，一個是充電特性，-20、-30、-40度溫度下0.5C充電恒流比可以達到62.9%，-20度溫度下放電可以放出94%，這是倍率跟循環(huán)的一些特性。
從總體上講，新能源汽車在北方的正常運營，低溫條件下不只是電池單體能夠解決充電問題，要通過pack還有BMS整個循環(huán)電池的涉獵，還有保障模式的創(chuàng)新，加起來才能充分保障新能源汽車在北方低溫正常運營。
