LiFePO4電池的熱電化學(xué)性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、LiFePO4具有原料來(lái)源廣,價(jià)格低廉,無(wú)毒性,環(huán)保和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),適合于應(yīng)用到電動(dòng)汽車等所需的大型移動(dòng)電源中,但在應(yīng)用中仍存在大電流充放電性能差的問(wèn)題亟待解決。而且安全問(wèn)題制約著LiFePO4鋰離子電池在大型移動(dòng)電源領(lǐng)域中的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)LiFePO4電池的熱電化學(xué)性能進(jìn)行研究,得到基礎(chǔ)的熱力學(xué)和電化學(xué)數(shù)據(jù),對(duì)于探求有效途徑來(lái)解決LiFePO4電池大電流充放電性能差和安全性的問(wèn)題,使其應(yīng)用于大型移動(dòng)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(duì)充放電前后的LiFePO4正極片進(jìn)行XRD、SEM及TG-DSC測(cè)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(cè)試結(jié)果表明:0.2C充放電平臺(tái)平穩(wěn),平臺(tái)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(tái)陡峭,平臺(tái)

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(tái)電壓的差值增大,極化作用增強(qiáng),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(shí)獲得LiFePO4電池充放電過(guò)程中的電壓-電流-熱流信息。結(jié)果表明:電池充、放電過(guò)程中,當(dāng)放電至2.5V結(jié)束時(shí),熱流值

4、達(dá)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)試結(jié)果表明:充放電循環(huán)實(shí)驗(yàn)后的正極片與未進(jìn)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(xì)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(cè)試結(jié)果表明:磷酸鐵鋰正極片材料在加熱過(guò)程中的熱分解反應(yīng)表現(xiàn)出兩個(gè)放熱峰,第一個(gè)放熱峰出現(xiàn)在430℃左右,對(duì)應(yīng)LiFePO4熱分解過(guò)程,第二個(gè)放熱峰在600℃處,對(duì)應(yīng)結(jié)晶度的改變過(guò)程。充放電循環(huán)后放電狀態(tài)正極片材料的熱分解過(guò)程與未進(jìn)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(cè)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

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