怎樣提高磷酸鐵鋰電池的低溫性能？

　　日前，在第七屆全球新能源汽車大會(huì)(GNEV7)的分論壇上，沃特瑪副總經(jīng)理饒睦敏發(fā)表以《磷酸鐵鋰動(dòng)力電池低溫性能影響因素的研究》為主題的演講。內(nèi)容整理如下：

　　首先，饒睦敏介紹道，沃特瑪成立2002年，總部在深圳。目前有12000多員工，同時(shí)也是工信部首批進(jìn)入動(dòng)力電池目錄的電池企業(yè)，其中配套沃特瑪電池的整車有5萬(wàn)多臺(tái)在路面上跑。

　　目前電動(dòng)客車領(lǐng)域大部分動(dòng)力電池使用的都是磷酸鐵鋰。饒睦敏表示，磷酸鐵鋰有幾個(gè)比較優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)：循環(huán)壽命和倍率比較好，但是低溫比其他的電池體系會(huì)差一點(diǎn)。其次，目前電動(dòng)汽車在不同溫度下整個(gè)效率還是有比較大的差別，常溫下能跑160公里的電動(dòng)汽車可能到了-20度只能跑60-80公里了，效率降低得比較明顯。其次是冬天低溫充電的問(wèn)題，包括難充電、安全事故的問(wèn)題。

　　針對(duì)磷酸鐵鋰電池，沃特瑪對(duì)它低溫特性影響因素做了比較詳細(xì)的研究：一個(gè)是正極的影響，磷酸鐵鋰正極本身電子導(dǎo)電性比較差，另外比較容易產(chǎn)生極化，降低容量的發(fā)揮;第二個(gè)負(fù)極，負(fù)極這塊主要是低溫充電，因?yàn)樗鼤?huì)影響到安全性問(wèn)題;第三個(gè)是電解液這一塊，可能低溫下黏度會(huì)增大，鋰離子遷移阻抗會(huì)增大;第四個(gè)就是粘結(jié)劑，現(xiàn)這個(gè)對(duì)電池的低溫性能影響也是比較大的。

　　沃特瑪整個(gè)思路是從正極、負(fù)極、電液、粘結(jié)劑四塊提高磷酸鐵鋰電池的低溫性能。

　　正極方面，現(xiàn)在都是納米化，它的粒徑、電阻力，AB平面軸長(zhǎng)大小三方面會(huì)影響到整個(gè)電池低溫的特性。通過(guò)三種工藝制備了磷酸鐵鋰，從我們整個(gè)制備的條件來(lái)講，不同的磷酸鐵鋰工藝納米化跟包覆，我們從AB面的軸長(zhǎng)來(lái)看，AB面軸長(zhǎng)的增大使得鋰離子遷移通道會(huì)變大，將有利于提高電池倍率的性能。不同工藝對(duì)正極也有不同的影響，100到200納米粒徑磷酸鐵鋰做出的電池低溫放電特性比較好，在-20度可以釋放94%，也就是粒徑的納米化縮短了遷移的路徑，也提高了低溫放電的性能，因?yàn)榱姿徼F鋰放電主要是跟正極有關(guān)。

　　從負(fù)極方面考慮充電特性，饒睦敏認(rèn)為鋰電池低溫充電主要是負(fù)極影響，包括粒徑大小還有負(fù)極的間距變化，選取了三種不同的人造石墨作為負(fù)極，來(lái)研究不同的層間距和粒徑對(duì)低溫特性的影響。從三種材料來(lái)看，層間距大的顆粒石墨，從阻抗來(lái)講，本體阻抗和離子遷移阻抗比較小一點(diǎn)。

　　充電方面，饒睦敏認(rèn)為在冬天低溫下放電問(wèn)題不大，主要是低溫充電。因?yàn)樵跈M流比方面，1C或者0.5C的橫流比非常關(guān)鍵，到恒壓需要非常長(zhǎng)時(shí)間，通過(guò)改進(jìn)三種不同石墨的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其中一種在-20度充電恒流比有比較大的改善，從40%提高到70%多，層間距的增大，還有粒徑的減小。

　　電解液這一塊，在-20度，-30度下電解液結(jié)冰，黏度增大，形成性能惡化。電解液從三方面：溶劑，鋰鹽，添加劑。饒睦敏表示，”通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)溶劑對(duì)磷酸鐵鋰電池低溫影響從70%多影響到90%多，有十幾個(gè)點(diǎn)的影響;其次，不同鋰鹽對(duì)低溫的充放電的特性有一定的影響。我們固定了溶劑體系和鋰鹽基礎(chǔ)上，低溫添加劑可以使放電容量從85%提高到90%，也就是說(shuō)，整個(gè)電解液體系中，溶劑、鋰鹽還有添加劑都對(duì)我們的動(dòng)力電池低溫特性有一定的影響，包括其他的材料體系一樣適用。”

　　粘結(jié)劑方面，饒睦敏表示有三種，兩種點(diǎn)狀，一種線狀的。-20度充放電情況下，兩種點(diǎn)狀大概做了70多到80的循環(huán)以后，整個(gè)極片是有粘結(jié)劑失效的現(xiàn)狀，而采用線狀的粘結(jié)劑不會(huì)存在這個(gè)問(wèn)題。在整個(gè)體系上，從正極、負(fù)極、電解液到粘結(jié)劑的改善以后，我們?cè)诹姿徼F鋰電池單體這塊做得比較好的效果，一個(gè)是充電特性，-20、-30、-40度溫度下0.5C充電恒流比可以達(dá)到62.9%，-20度溫度下放電可以放出94%，這是倍率跟循環(huán)的一些特性。

　　從總體上講，新能源汽車在北方的正常運(yùn)營(yíng)，低溫條件下不只是電池單體能夠解決充電問(wèn)題，要通過(guò)pack還有BMS整個(gè)循環(huán)電池的涉獵，還有保障模式的創(chuàng)新，加起來(lái)才能充分保障新能源汽車在北方低溫正常運(yùn)營(yíng)。