磷酸铁锂电池高温容量衰减机理及其改进

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锂离子电池的循环性能关系到电池的使用寿命。磷酸铁锂电池在高温环境下容量衰减加剧,从而缩短了电池的寿命。为了改善磷酸铁锂电池在高温下的循环性能,研究其高温下容量衰减机理及其改善措施意义重大。本文采用恒流充放电的方法研究了LiFePO4/Li、Li/AG、 LiFePO4/AG电池在不同温度下的电化学性能,借助材料和电化学手段对电池容量衰减机理进行了分析。在对容量衰减机理的认识的基础上,采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗、SEM、FTIR、Raman等方法,深入研究了电解液中从正极溶出的二价铁对石墨负极性能的影响,并从粘结剂的角度,采用一种PAA粘结剂,研究其改善石墨负极受电解液中二价铁影响而性能恶化的效果。研究结果如下:1、与LiFePO4/AG电池相比,高温环境对LiFePO4/Li、Li/AG半电池循环性能影响较小。高温下LiFePO4/AG电池容量衰减主要是由于活性锂的损失和阻抗的增加。2、石墨负极在含铁电解液中容量衰减较快,在含700和1800ppm铁离子电解液中循环200圈容量衰减率分别为21.5%和26%。充放电测试发现,铁离子在2.4V左右在石墨负极表面沉积,铁沉积物一方面催化电解液分解,使SEI膜增厚;另一方面阻碍了锂离子的脱嵌,从而使电荷迁移阻抗增大,最终导致电池容量的衰减。3、使用PAA粘结剂的石墨电池在含铁电解液中循环150圈容量几乎没有衰减。SEM和XPS结果表面PAA粘结剂的粘结机理不同于PVDF, PAA粘结剂能对石墨颗粒进行包覆,从而减少了石墨负极与电解液中铁离子的接触,因而能减少铁在石墨负极的沉积。由于铁沉积物的减少,从而使石墨电极的循环性能得到改善。
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