LiFePO4锂离子电池的高倍率充放电性能

钟海江,唐有根,卢周广,张 军

(1.中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;2.湖南格林新能源有限公司,湖南湘潭 411101)

安全、环保、具有较长的使用寿命,已成为高功率电池研究的热点[1]。橄榄石结构的LiFePO4可满足以上要求,但LiFePO4材料本身的电子导电率较低,制约了高倍率放电性能。可通过3种途径来提高LiFePO4锂离子电池的高倍率放电性能:①离子掺杂;②碳包覆或无碳包覆;③优化工艺设计。L.Pang等[2]采用Gd3+掺杂制得的 LiFePO4/C的 5C比容量可达106.0mAh/g;Y.Yin等[3]引入4%～5%的Fe2P进行无碳包覆,产物的 5C放电比容量高于110 mAh/g;D.Y.W.Yu等[4]研究了面密度对LiFePO4锂离子电池性能的影响,发现较薄的正极有利于高倍率放电。覃宇夏等[5]研究了电极结构设计对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电池内阻的影响,发现采用双极耳的电极结构,可降低电池的内阻。

本文作者以18650型LiFePO4锂离子电池为研究对象,从正极材料、正极面密度、导电剂含量以及电极结构等方面,研究了工艺设计对电池高倍率充放电性能的影响。

1 实验

1.1 LiFePO4形貌与比表面积分析

用Sirion 200扫描电子显微镜(荷兰产)对3种商业化LiFePO4样品A(天津产,工业级)、样品B(深圳产,工业级)及样品C(德国产,工业级)进行微观形貌观察。用JW-RB12比表面积测试仪(北京产)和LS pop-6激光粒度分析仪(深圳产)对LiFePO4样品的比表面积和粒径进行分析。

1.2 电池制备

将正极活性物质LiFePO4、导电炭黑(比利时产,工业级)、聚偏二氟乙烯(PVDF,法国产,CP)在 N-甲基吡咯烷酮(NMP,美国产,≥99.9%)中搅拌均匀后,配制成正极浆料,其中 LiFePO4含量分别为 92.0%、91.5%、91.0%和90.5%,正极导电剂含量分别为 3.0%、3.5%、4.0%和4.5%,面密度分别为 2.5 g/dm2、2.8 g/dm2、3.0 g/dm2和3.3 g/dm2;将负极活性物质改性石墨(长沙产,工业级)、导电炭黑、羧甲基纤维素钠(CMC,德国产,≥99.9%)和丁苯橡胶(SBR,广东产,工业级)按质量比 95.0∶1.0∶1.6∶2.4 混合,以去离子水为溶剂配制成负极浆料。……