磷酸铁锂正极锂离子电池的高温循环性能

目前,商品化磷酸铁锂(LiFePO4)正极锂离子电池的实验室测试常温循环寿命可达1500~2400次,但越来越多的研究表明,电池在高温下的循环性能衰减迅速,电动汽车的工作环境复杂,动力系统通常为多只电池经串、并联而成的电池组,受安装位置、通风条件和高倍率充放电需求等影响,结合路面行驶的环境条件,热积累导致的高温环境是电动汽车用锂离子电池不可避免的应用条件。本文作者结合电动车用电池的使用需求,对LiFePO4正.极锂离子电池的高温循环性能进行研究，探讨了循环寿命快速衰减的原因及机理。

结果与讨论:温度对电池循环性能的影响样品A制备的电池在常温和高温下的循环性能见。从表可知,电池在常温下循环1800次,内阻增加了34.9% ,厚度增加了14. 1%。这是因为负极石墨材料在反复充放电的过程中,石墨层间的收缩导致电极膨胀,体积增加。体积膨胀导致的电极结构破坏及石墨表面固体电解质相界面( SEI)膜的增加,是电池内阻变大的主要原因。当电池在60 C下充放电时,仅200次循环,内阻就增大了137.0%,厚度增加了55.1%。考虑到无夹紧工装固定时电池加热鼓胀的影响，测量高温搁置后电池的厚度,为7.9 mm,增幅仅1.3%。

仅在高温下搁置的电池,厚度增幅很小，说明高温循环不仅加速了石墨表面SEI膜的成膜速度,也加速了石墨的层间膨胀过程。有研究认为:高温会使LiFePO4电极材料中的铁元素加速溶解于LiPF6 酸性电解液中,分解后的亚铁离子(Fe2+)通过电解液传导,沉积于电池负极石墨的表面,在随后的循环过程中，会催化SEI膜的成长。当SEI膜变厚时,不仅会.使电池阻抗增加，还会使电解液无法接触到石墨表面,导致参与反应的活性材料减少,并延长Li+传输的距离,阻碍充放电过程中的传质过程。

结论.本文作者对不同LiFePO4材料制备的锂离子电池的高温60 C充放电性能进行研究,并对比了补加电解液的结果。LiFePO,正极锂离子电池的高温循环性能表现不足,容量衰减迅速,仅200次左右即衰减至初始容量的70%;电解液匮乏不是LiFePO4正极锂离子电池容量衰减迅速的主要原因,但将直接影响电池的高温循环性能;为改善LiFePO4正极锂离子电池的高温循环性能,应重点研究可抑制铁元素溶解的电解液(如LiBOB电解液)、阳极材料(如Li4TisO12),以减少铁元素的溶解沉积。在LiFePO4正极锂离子电池的应用中,应合理设计安放位置控制使用环境温度,必要时可采用适当的冷却措施,进行热管理,避免在高温环境中进行充放电,以尽可能地延长.使用寿命。