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磷酸铁锂电池循环初期衰减快原因分析及性能改善

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无机盐工业 2023年第3期55卷 92-97页

作者：徐瑞琳曾涛刘欢刘兴伟王浩徐晓明赵李鹏天津力神电池股份有限公司天津300000

磷酸铁锂电池由于循环性能优异、价格相对低廉、安全性能有保障等诸多优势而备受青睐。磷酸铁锂电池循环曲线的特点是前面衰减很快,到中后期变得平缓。为了挖掘磷酸铁锂电池更长寿命的潜在能力,以磷酸铁锂/石墨电池为研究对象,对衰减较... 详细信息

磷酸铁锂电池由于循环性能优异、价格相对低廉、安全性能有保障等诸多优势而备受青睐。磷酸铁锂电池循环曲线的特点是前面衰减很快,到中后期变得平缓。为了挖掘磷酸铁锂电池更长寿命的潜在能力,以磷酸铁锂/石墨电池为研究对象,对衰减较快的前期循环进行了研究,并依据研究结果提出了改善建议。与三元类(NCM)电芯比较,正极材料的首效差异造成磷酸铁锂材料循环衰减快于三元材料,并通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、X射线衍射(XRD)等手段证实了这一理论。采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、能谱(EDS)和差式扫描量热分析(DSC)等多种手段对固体电解质界面(SEI)膜进行了表征,证明磷酸铁锂前期衰减快的原因主要是活性锂的消耗,而损失的活性锂主要用于修复破坏的SEI膜。最后提出一系列改善措施,即通过改善负极颗粒的OI值(活性材料取向指数)、负极涂覆量、负极胶的溶胀、正极比表面积等,可以减缓磷酸铁锂电池前期的衰减速率。

关键词：磷酸铁锂前期循环衰减原因 SEI膜表征

磷酸铁锂/炭黑/碳纳米纤维柔性正极的制备及其性能

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纺织学报 2022年第11期43卷 16-21页

作者：张长欢李纤纤张力冉李德阳李念武吴红艳北京服装学院材料设计与工程学院北京100029 北京化工大学化学工程学院北京100029

为更好满足柔性锂离子电池对电极材料柔性化的需求,通过静电纺丝以及热处理的方法制备了兼具柔韧性和自支撑性能的磷酸铁锂/炭黑/碳纳米纤维(LiFePO_(4)/CB/CNFs)柔性正极材料,并对其结构和性能进行表征与分析。结果表明:合成的LiFePO_... 详细信息

为更好满足柔性锂离子电池对电极材料柔性化的需求,通过静电纺丝以及热处理的方法制备了兼具柔韧性和自支撑性能的磷酸铁锂/炭黑/碳纳米纤维(LiFePO_(4)/CB/CNFs)柔性正极材料,并对其结构和性能进行表征与分析。结果表明:合成的LiFePO_(4)活性物质为橄榄石结构,自支撑LiFePO_(4)/CB/CNFs柔性正极为具有较高孔隙的三维网络结构,CB和LiFePO_(4)活性物质均可较均匀地嵌在CNFs基体中,CB在LiFePO_(4)活性物质生成过程中对其纯度和晶体结构的形成未产生影响;当CB质量分数为0.10%和0.15%时,柔性正极均具有较好的电化学可逆性,首圈放电比容量分别为141.1和139.1 mA·h/g,首圈库伦效率分别为87.3%和87.6%,且循环100圈后仍保持性能稳定,第2圈后的库伦效率维持在99%左右。

关键词：静电纺丝柔性正极磷酸铁锂炭黑碳纳米纤维

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磷酸铁锂正极材料的缺陷机理与改性技术路径

化学通报 2023年第5期86卷 535-542页

作者：朱豪飞王建业陈柏旭杨倩鹏武恒国家电投集团青海光伏产业创新中心有限公司西宁810007 青海黄河上游水电开发有限责任公司西宁810008 华北电力大学动力与机械工程学院北京102206 西北工业大学材料学院西安710072

磷酸铁锂(LiFePO_(4),简称LFP)因其良好的安全性、稳定的充放电平台和原料来源广泛等优点,成为当前应用最广泛的正极材料之一。然而,LFP倍率性能较差,且在低温环境下容量大幅衰减,限制了其在动力电池和特殊环境下的应用。本文从多角度... 详细信息

磷酸铁锂(LiFePO_(4),简称LFP)因其良好的安全性、稳定的充放电平台和原料来源广泛等优点,成为当前应用最广泛的正极材料之一。然而,LFP倍率性能较差,且在低温环境下容量大幅衰减,限制了其在动力电池和特殊环境下的应用。本文从多角度分析了LFP存在缺陷的机理,并总结了几种主要的改性技术路径及作用原理。最后,对LFP未来的发展方向提出了相应的展望。

关键词：锂离子电池磷酸铁锂缺陷机理改性策略

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磷酸铁锂高温循环性能的改善

无机盐工业 2022年第9期54卷 108-112页

作者：徐瑞琳赵李鹏刘兴伟刘欢王浩徐晓明曾涛天津力神电池股份有限公司天津300000

磷酸铁锂结构稳定、循环性能优异,但是随着主机厂家对质保要求的不断提升,磷酸铁锂仍面临着高温循环性能不能满足客户要求的情况。以磷酸铁锂正极锂离子电池为研究对象,分别对比了基础电解液体系和改善电解液体系[在基础电解液中添加二... 详细信息

磷酸铁锂结构稳定、循环性能优异,但是随着主机厂家对质保要求的不断提升,磷酸铁锂仍面临着高温循环性能不能满足客户要求的情况。以磷酸铁锂正极锂离子电池为研究对象,分别对比了基础电解液体系和改善电解液体系[在基础电解液中添加二氟二草酸硼酸锂(LiODFB)]对电池高温循环性能的影响。对循环后的电池采用直流内阻(DCIR)、电化学交流阻抗谱(EIS)、dQ/dU(恒定的电压间隔内电池容量的变化)曲线等无损分析方式进行数据对比,结果表明改善电解液体系电池的电荷转移阻抗进一步降低。通过对电池进行解剖,对两种电解液体系的电池极片进行了厚度分析、X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)分析、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)元素分析等,结果表明改善电解液体系的电池在抑制负极表面副反应、减少正极铁溶出方面具有明显的效果,因此电池的高温循环性能更好。

关键词：磷酸铁锂高温循环电解液负极成膜

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磷酸铁锂正极材料改性研究进展

储能科学与技术 2022年第2期11卷 467-486页

作者：冯晓晗孙杰何健豪魏义华周成冈孙睿敏中国地质大学材料与化学学院湖北武汉430070 湖北融通高科先进材料有限公司湖北大冶435100

锂离子二次电池(LIBs)是当今新能源领域的主流储能器件。磷酸铁锂(LiFePO4)凭借高能量密度、低成本、稳定的充放电平台、环境友好、安全性高等优势,成为应用最为广泛的锂离子电池正极材料之一。如何提高其输出功率以及低温下的能量密度... 详细信息

锂离子二次电池(LIBs)是当今新能源领域的主流储能器件。磷酸铁锂(LiFePO4)凭借高能量密度、低成本、稳定的充放电平台、环境友好、安全性高等优势,成为应用最为广泛的锂离子电池正极材料之一。如何提高其输出功率以及低温下的能量密度和使用寿命,是磷酸铁锂正极材料面临的主要挑战。本文通过对近期相关文献的探讨,归纳总结了近年来针对磷酸铁锂正极材料的主流改性策略。详细分析了元素掺杂提高材料电化学性能的内在机理,梳理了不同包覆剂对磷酸铁锂的保护机制,这两种手段可有效提高磷酸铁锂正极材料的电子电导率和离子扩散速率,实现材料更高的能量密度、更长的循环寿命和更高的倍率性能。此外也总结了磷酸铁锂常见补锂添加剂的特性及其对正极首圈库仑效率和放电比容量的改善行为。综合分析表明,多种元素共掺杂,先进碳材料包覆和高容量补锂材料的添加有望成为提升磷酸铁锂电化学性能的重要策略。最后,对磷酸铁锂正极未来在商业化生产改良和开发柔性电极等方向的发展前景和面临的挑战进行了展望。

关键词：锂离子电池磷酸铁锂元素掺杂表面包覆补锂材料

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磷酸铁锂电池多阶段利用可行性

储能科学与技术 2022年第1期11卷 119-126页

作者：马天翼王伟哲林春景白广利韦振刘仕强中国汽车技术研究中心有限公司天津300300

磷酸铁锂动力电池进行材料再生利用的价值较低,开展全电池循环再利用是最大化其全生命周期使用价值的主要方式。通过建立不同电流负荷强度的三个阶段模拟工况实验方案,验证了磷酸铁锂动力电池多阶段再利用的可行性。实验结果表明在容量... 详细信息

磷酸铁锂动力电池进行材料再生利用的价值较低,开展全电池循环再利用是最大化其全生命周期使用价值的主要方式。通过建立不同电流负荷强度的三个阶段模拟工况实验方案,验证了磷酸铁锂动力电池多阶段再利用的可行性。实验结果表明在容量衰减至初始值的50%之前,所有样品的衰减均具有较高的规律性。当容量衰减至低于50%之后,个别样品出现容量“跳水”现象。基于实验过程中样品性能衰减规律的分析和研究,提出了磷酸铁锂动力电池在不同阶段的应用场景的建议方案,对于车用退役电池的循环再利用具有指导意义。

关键词：动力电池磷酸铁锂多阶段循环利用再利用场景

炭材料在低温型磷酸铁锂材料中的应用分析及展望

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新型炭材料 2022年第1期37卷 46-58页

作者：曹贺闻雷郭震强朴楠胡广剑吴敏杰李峰沈阳市新型能源材料与器件产业技术研究院辽宁沈阳110016 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心辽宁沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110016

磷酸铁锂为正极的锂离子电池是目前电动汽车和储能领域应用最为广泛的电池体系之一,具有成本低廉、循环寿命长、安全性好等特点。但磷酸铁锂为正极的锂离子电池在低温下的容量和循环寿命衰减问题一直制约了其在寒冷地区的推广和应用。... 详细信息

磷酸铁锂为正极的锂离子电池是目前电动汽车和储能领域应用最为广泛的电池体系之一,具有成本低廉、循环寿命长、安全性好等特点。但磷酸铁锂为正极的锂离子电池在低温下的容量和循环寿命衰减问题一直制约了其在寒冷地区的推广和应用。因此磷酸铁锂材料本身低温放电性能的提高,对于改善磷酸铁锂为正极的锂离子电池体系的低温放电特性具有重要意义。本文首先分析了磷酸铁锂为正极的锂离子电池的低温衰减机制,从炭材料作用的角度评述了低温型磷酸铁锂材料的研究进展,同时也关注了高倍率型磷酸铁锂材料。因磷酸铁锂的高倍率性能与低温特性具有很大的相似之处,两者对材料的要求基本接近,材料的设计原则和方法也基本相同。本文也重点分析了纳米炭材料,如碳纳米管和石墨烯等在低温型磷酸铁锂材料领域的应用。

关键词：磷酸铁锂锂离子电池低温特性高倍率纳米炭材料

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磷酸铁锂电池循环寿命衰减和寿命预测

电源技术 2022年第4期46卷 376-379页

作者：黄海宁上海兰钧新能源科技有限公司上海201499

通过测试磷酸铁锂电池在不同温度下的循环衰减曲线,研究其衰减特点和规律,得到电池存在最优循环温度区间,同时运用dV/dQ-Q曲线分解衰减来源。在总容量衰减达到20%后,其主要衰减来源于活性锂的损失,占总损失的80%以上;其次为负极材质的... 详细信息

通过测试磷酸铁锂电池在不同温度下的循环衰减曲线,研究其衰减特点和规律,得到电池存在最优循环温度区间,同时运用dV/dQ-Q曲线分解衰减来源。在总容量衰减达到20%后,其主要衰减来源于活性锂的损失,占总损失的80%以上;其次为负极材质的损失约为12%~14%,而正极磷酸铁锂的材质损失约为4%~6%。该结果为长循环寿命磷酸铁锂电池的设计和改善方向提供了理论依据。同时运用温度加速对电芯循环寿命衰减进行寿命拟合和寿命预测,在特定的温度区间内具有较好的预测准确性。

关键词：磷酸铁锂锂电池循环寿命寿命预测

以超纯磁铁精矿为原料通过H?gan?s工艺制备高纯还原铁粉

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Journal of Central South University 2023年第9期30卷 3006-3020页

作者：吴金甜徐斌董中林周玉娟徐良平李光辉姜涛 School of Minerals Processing and Bioengineering Central South UniversityChangsha 410083China State Key Laboratory of Powder Metallurgy Central South UniversityChangsha 410083China

在本研究中,以铁品位为68.38%、硅含量为2.33%的优质磁铁精矿为原料通过反浮选获得了铁品位为72.12%、硅含量为0.09%的超纯磁铁精矿。以超纯磁铁精矿为原料,在1075℃下煤基还原18 h、850℃下氢气还原50 min制备了铁品位为99.06%的高纯... 详细信息

在本研究中,以铁品位为68.38%、硅含量为2.33%的优质磁铁精矿为原料通过反浮选获得了铁品位为72.12%、硅含量为0.09%的超纯磁铁精矿。以超纯磁铁精矿为原料,在1075℃下煤基还原18 h、850℃下氢气还原50 min制备了铁品位为99.06%的高纯还原铁粉。高纯还原铁粉的松装密度、流动性和压缩性分别为2.34 g/cm^(3),9.01 s/(50 g)和6.55 g/cm^(3),达到了粉末冶金用铁粉企业标准(MHF/QB-2016)中MHF80·235(优等)级。用高纯还原铁粉通过共沉淀法制备磷酸铁锂,其首次充电比容量达168.20 m A·h/g。铁鳞经过1075℃煤基还原36 h、14 m T磁选、850℃氢气还原60 min得到铁品位为98.47%的二次还原铁粉,其松装密度、流动性和压缩性分别为2.30 g/cm^(3),10.39 s/(50 g)和6.41 g/cm^(3)。与铁鳞相比,超纯磁铁精矿不仅可省去赫格纳斯工艺中的磁选环节,而且其煤基还原和氢气还原环节所需的时间更短,得到的还原铁粉铁品位更高、工艺性能更佳。本文提出了还原铁粉工艺性能的改善机理:还原铁粉的粗颗粒占比和铁品位的提高可以明显改善其松装密度和压缩性,粗颗粒占比的增加也会改善还原铁粉的流动性。

关键词：反浮选超纯磁铁精矿 H?gan?s工艺高纯还原铁粉粉末冶金磷酸铁锂