用于啟停技術(shù)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(chǎng)中，啟停技術(shù)是最為快速發(fā)展的技術(shù)之一，因?yàn)樗鼛缀蹩梢詰?yīng)用于所有車輛上，在行駛過程中顯著提高燃油的經(jīng)濟(jì)性和減少二氧化碳的排放。配備了啟停技術(shù)的系統(tǒng)可以自動(dòng)關(guān)閉并重新啟動(dòng)汽車的內(nèi)燃機(jī)以減少發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。這種技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的鋰離子電池發(fā)電技術(shù)中用于驅(qū)動(dòng)汽車，但它也可以應(yīng)用到不使用電的車輛上，燃油經(jīng)濟(jì)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(shù)更引人注目，因?yàn)樗鼈儞碛休^多的優(yōu)點(diǎn)：（1）更低的電池質(zhì)量可以保證更輕的車重和更高的燃油效率，（2）較低的內(nèi)部阻抗可以更有效的回收能源，和（3）更長(zhǎng)的循環(huán)壽命保證更長(zhǎng)的電池使用時(shí)間，減少維護(hù)。盡管有著這些優(yōu)點(diǎn)，但在-30oC下提供足夠的冷啟動(dòng)功率啟動(dòng)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(jié)構(gòu)的錳

3、酸鋰（LiMn2O4，LMO）作為正極電極和鈦酸鋰（Li4Ti5O12，LTO）作為負(fù)極電極的鋰離子電池特別感興趣，因?yàn)長(zhǎng)MO和LTO的尖晶石結(jié)構(gòu)通常具有較高的功率性能，而且LTO近微米級(jí)的粒度將進(jìn)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(shì)，包括材料成本低、安全性高、不存在鋰析出問題。此外，相對(duì)傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料，LTO還具有良好的循環(huán)壽命。因此，可以認(rèn)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(dòng)功率的啟停技術(shù)對(duì)電池的要求。
　　在本課題的研究中，利用三電極體系，測(cè)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(duì)LMO和LTO單電極扣式電池進(jìn)行不同倍率的充放電性能進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn) 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(duì)于1C也保持在90%以上，證明LMO/LTO鋰離子電池?fù)碛袃?yōu)異的放電性能，特別適合用于啟停技術(shù)。在鋰離子電池的放電測(cè)試中，在溫度下降

5、至-30 oC時(shí)，放電過程中正極LMO vs. Li+/Li的電極電勢(shì)快速下降，而在放電結(jié)束時(shí)，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(fù)極LTO vs. Li+/Li的電極電勢(shì)維持在1.6V的平臺(tái)上，而通過交流阻抗分析，正極LMO的Rs和Rct均大于負(fù)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(yuǎn)大于

6、負(fù)極LTO電極的顆粒尺寸（10μm vs.1.2μm），導(dǎo)致更長(zhǎng)的Li離子擴(kuò)散路徑，因而 LMO電極出現(xiàn)了更大的電壓下降和更高的相轉(zhuǎn)移阻抗。鋰離子電池電解液導(dǎo)電性測(cè)試的結(jié)果表明，電解液C擁有最高的低溫導(dǎo)電率；而在鋰離子電池的放電測(cè)試中，使用電解液A、B、C的三個(gè)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(jié)果中，使用電解液C的鋰離子電池?fù)碛凶钚〉腞s和Rct。這些實(shí)