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锂离子电池由于其工作电压高、能量密度高、充放电寿命长、自放电小等优点而受到人们的广泛关注。随着对锂离子动力电池的研究深入,LiFePO4正极材料因其安全性高、原材料资源丰富等优势有希望得到广泛应用,然而以LiFePO4为正极材料的锂离子电池低温性能较差使其应用受到限制。
电池的温度特性除了和电池材料、电池的结构和制造工艺等有关之外,另一关键因素就是电池的电解液。电解液需要与电池体系的特点相适应,其配方的设计和研究必须围绕不同的电池体系展开。因而,寻找在一种低温性能优良且能与LiFePO4电池匹配性良好的电解液对磷酸铁锂锂离子电池的应用具有非常重要的意义。
本文采用聚丙烯酸(PAA)和羧甲基纤维素钠(CMC)作为粘结剂,以水为溶剂制备LiFePO4正极,组装成锂离子电池。选择丙酸乙酯(EP)作为共溶剂,研究其对锂离子电池低温电化学性能的影响。在此基础上,初步探讨新型锂盐LiODFB对锂离子电池低温性能的影响。用循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等方法研究电池的性能,用扫描电镜观察电极表面形貌。
(1)一定量EP的加入,提高了电解液的离子电导率。添加EP的电解液与正极LiFePO4材料和负极石墨材料具有良好的相容性。一定量EP的加入,对锂离子电池的常温电化学性能没有产生不良的影响,并且可以改善LiFePO4/石墨锂离子电池的低温性能。以1M LiPF6/EC:EMC:DMC:EP=1:1:1:3(质量比)的电解液为例:LiFePO4/石墨锂离子电池在10℃(1C)、-10℃(0.2C)、-20℃(0.2C)、-30℃(0.2C)和-40℃(0.2C)的相对放电容量(以室温时的放电容量为标准)分别为82.9%、75.6%、59.0%、46.4%、37.6%。
(2)探讨了新型锂盐LiODFB与EP的复合使用对锂离子电池低温性能的影响。新型锂盐LiODFB的电解液的添加,提高了电解液的离子电导率。新型锂盐LiODFB与EP复合使用的电解液与正极LiFePO4材料和负极石墨材料的相容性良好,LiODFB能够在石墨负极表面能够形成稳定的SEI膜,二者的复合使用显著的改善了锂离子电池低温性能。以添加2%LiODFB的1M LiPF6/EC:EMC:DMC:EP=1:1:1:3(质量比)的电解液为例:LiFePO4/石墨锂离子电池在10℃(1C)、5℃(1C)、-20℃(0.2C)、-30℃(0.2C)和-40℃(0.2C)的相对放电容量分别为93.4%、87.8%、66.2%、54.3%、45.9%。