电压区间对LiFePO4/C电池循环性能衰减的影响

通过加速量热(ARC)、直流内阻(DCIR)测试及容量增量分析(ICA),研究IFR 32131型磷酸铁锂(LiFePO4)/C电池以1.00 C在2.00~3.65 V充放电时的热特性。电池在充电和放电末期,均出现温度快速上升的过程,且放电发热量较充电高出1 801.6 J;充放电的热功率拐点都出现在LiFePO4的准二元相变电压区间外,表明末期的快速温升为电池极化导致,且放电极化大于充电;放电DCIR比充电高。对比高区间(20%~100%)、中区间(10%~90%)和低区间(0~80%)等3种电压区间内电池80%放电深度(DOD)的循环性能,中区间电池的循环性能最好。

从废旧电池中回收二水磷酸铁再生LiFePO_(4)/C

使用酸浸—加热回流法从废旧磷酸铁锂电池中回收得到二水磷酸铁,将其作为原料并添加一定量的锂源和碳源,通过高温固相法再生了LiFePO_(4)/C,并研究了温度对再生LiFePO_(4)/C电化学性能的影响。首先采用酸浸—加热回流法对废旧磷酸铁锂正极片进行处理生成FePO_(4)·2H_(2)O,洗涤烘干后研磨得到FePO_(4)·2H_(2)O粉末,XRD表征和ICP测试结果显示回收得到的FePO_(4)·2H_(2)O结构完整、纯度较高。然后在FePO_(4)·2H_(2)O粉末中添加碳源,在高温下制备LiFePO_(4)/C材料,对其进行结构与形貌表征以及电化学测试,发现以葡萄糖为碳源、温度为700℃、葡萄糖量为理论生成磷酸铁锂质量的17%时再生的LiFePO_(4)/C电化学性能最佳,0.3 C倍率下再生的LiFePO_(4)/C首周放电比容量可达141.8 mAh/g,循环100周后容量保持率可维持在94.3%。通过与商用LiFePO_(4)/C进行电化学性能对比,进一步验证了该工艺再生的LiFePO_(4)/C有着优良的电化学性能。

氢燃料电池氧还原催化剂Fe-N_(4)/C合成中的问题及建议

通过分析现有文献和技术方案发现,氢燃料电池氧还原催化剂Fe–N_(4)/C合成过程中存在2个关键问题,即过量的氮源会热解产生大量HCN、NO_(x)等剧毒物、污染物,以及氮源不能在碳基质上有效地形成与铁4配位的Fe–N_(4)/C。针对这2个问题,建议加强热解条件下铁离子和氮原子的转化及其在碳基质中的迁移过程研究,重点研究热解过程中氮配位体前身物形态的演变、氮原子在碳基质中的定向重排、碳基质上氮配位体的形成及其锚定铁离子的机理。氮原子定向重排于碳基质上,一方面,氮原子获得高效利用,减少合成过程中过量氮源热解生成的大量HCN和NO_(x)等污染物,过程环保;另一方面,重排于碳基质上的氮原子与铁离子络合,形成具有高氧还原反应(ORR)活性、高稳定性的4配位Fe–N_(4)/C结构,进一步推动以非贵金属催化剂取代贵金属催化剂Pt/C在氢燃料电池中的应用。

改善LiFePO_4/C电池高温循环容量下降的研究进展

全面介绍了LiFePO4电池在高温下循环容量下降的研究进展,介绍了该电池在25-65℃循环容量下降的情况,重点阐述了改善LiFePO4电池循环容量下降的研究工作,并提出了今后研究的方向。

高密度锂离子电池正极复合材料LiFePO_4/C

以FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4、Li2CO3和乙炔黑为原料,采用两步固相反应法制备了高密度LiFePO4/C正极复合材料。利用差热(DSC),热重(TGA)和X射线衍射(XRD)等分析手段具体探讨了第一步固相反应中可能存在的反应过程和中间产物。利用扫描电镜表征了复合材料LiFePO4/C中LiFePO4微粒形貌和接触状态。结果表明,乙炔黑的含量是影响LiFePO4微粒尺寸和微粒间接触界面的重要因素。在一次热处理的基础上,二次球磨和烧结有利于第二次固相反应过程中反应物质的接触和传质,较一步固相法提高了生成的LiFePO4的振实密度。当乙炔黑的含量(质量分数)为0.1%-1.5%时,两步固相法所制正极材料LiFePO4/C的振实密度可达到1.7 g/cm3,初次放电容量达到105 mA·h/g。

锂离子电池LiFePO_4/C复合正极材料掺杂金属离子的制备及改性研究

以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸氢二铵、碳酸镁、碳酸锰为原料,葡萄糖为碳源,采用两步球磨高温固相法合成了锂离子电池正极LiMgxFe1-xPO4/C、LiMnxFe1-xPO4/C、LiFe1-x-yMnxMgyPO4/C复合材料。讨论了镁、锰金属离子对LiFePO4/C结构和性能的影响。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱仪等方法研究了镁、锰金属离子掺杂对LiFePO4/C晶体结构和表面形貌的影响;利用电化学方法研究了镁、锰掺杂对LiFePO4/C充放电性能和循环稳定性的影响。结果表明,镁、锰金属离子掺杂合成的LiFePO4/C具有单一的橄榄石结构,颗粒尺寸均匀,具有良好的电化学性能和循环稳定性。掺杂的LiMg0.1Fe0.9PO4/C、LiMn0.1Fe0.9PO4/C、LiFe0.8Mn0.1Mg0.1PO4/C在0.1C下首次放电比容量分别为128.4mAh/g、110.8mAh/g、131.8mAh/g。

C/LiFePO_4动力电池电化学交流阻抗谱的研究

电化学交流阻抗谱可以在不同的充放电条件下提供电池内部欧姆阻抗、电化学极化和离子扩散阻抗变化信息,是判断电池使用性能的有力工具。通过对60 Ah LiFePO4动力电池进行多种荷电状态（SOC）和健康状态（SOH）下的电化学交流阻抗（EIS）测试,分析欧姆阻抗Rs、电荷传递阻抗Rct和扩散阻抗Zw等EIS参数随电池SOC和SOH状态的变化规律。结果表明,在不同SOC状态下,Rs几乎不变,Rct和Zw在SOC为0~25%和75%~100%两端区间内明显增大,中间区域基本趋于稳定;在100%~95%SOH状态下,Rs、Rct和Zw基本保持稳定,当SOH降低至90%时,电池性能不断衰减,Rct和Zw也明显增大。由此可知,EIS参数可部分反映电池内部极化状态,能够预测储能电池的衰减情况。

模板法合成有孔的锂离子电池正极材料LiFePO_4/C

橄榄石型LiFePO4因其具有170mAh·g-1的理论容量,3.4V的放电平台,良好的循环性能和热稳定性能,无毒和价格低廉等优点,自1997年被Goodenough等[1]首次报道以来受到人们广泛关注[2-3],并被认为在动力电池应用上极有潜力[4]。但此材料的电导率低及扩散性能差[1],限制其大规模应用。针对上述缺点研究人员对LiFePO4的改性研究主要包括：包覆碳[5-7]和金属粉末[8]、掺杂金属离子、合成纳米级的LiFePO4颗粒等方法。

锂离子电池正极材料LiFePO_4/C的研究进展

橄榄石型LiFePO4正极材料具有原料来源丰富、无毒、环境友好、理论容量较高、热稳定性和循环性能好等特点,是近年来迅速发展起来的一种锂离子电池的正极材料。但是由于纯LiFePO4的电子导电率低及锂离子扩散速度慢等缺点,限制了其工业化。针对这种情况,近些年来研究人员从合成方法,表面改性,金属掺杂等方面对磷酸铁锂做了许多的研究工作,其中一种有效的方法就是在LiFe-PO4的表面包覆碳,增加导电率,减小材料颗粒尺寸,提高电化学性能。对近年来的LiFePO4的合成方法及碳包覆原理进行了综述。

石墨烯修饰改性制备锂离子电池LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2复合正极材料及其性能

采用两步干混-球磨方法制备了石墨烯掺杂改性的锂离子电池LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2复合正极材料,实现LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料的高容量和高安全性。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了较系统的研究。结果表明,石墨烯的存在实现了Li Fe PO4材料在LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料表面的完全包覆,形成致密的包覆层,进一步抑制LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2与电解液之间的副反应,提高活性材料利用率和循环性能。三者之间构成导电网络,加快电子渗透和传输,提高倍率性能。Li Fe PO4质量分数为20%的Li Fe PO4-Graphene/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品具有最佳的容量性能和长循环性能,0.1C时放电容量达到202.5 m Ah·g^(-1),3C时放电容量仍然可保持在160.5 m Ah·g^(-1)。50℃在2.8~4.3 V,0.5C下循环100次后,容量保持率为91.9%,优于LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2和LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的72.9%和82.0%。

锂离子电池LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2混合正极材料的电化学热稳定性能

为了改善LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的电化学热稳定性能,加入LiFePO_4共混制成了LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2锂离子电池用混合正极材料。使用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了结构和形貌,测试了电化学性能。结果显示,简单球磨的混合LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料中,纳米LiFePO_4粒子包覆在LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2粒子表面提高了混合正极材料在充放电过程中的电化学稳定性和结构稳定性。LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2混合正极材料在50℃下循环100周容量保持率为82.0%,明显地优于单一LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料的72.9%。

高功率LiFePO_4/C锂离子电池性能研究

研制了20 Ah电动汽车用高功率型锂离子动力电池LiFePO4/C,并对电池进行了一系列检测。实验结果表明:10C放电循环500次后容量为初始容量的92.17%,能够满足对电池高倍率放电的要求。FreedomCAR混合脉冲功率特性测试表明:在放电深度10%～70%10 s脉冲放电状态下,面积比阻抗小于30Ω.cm2;50%DOD时的10 s放电比功率为1 620.9 W/kg,充电比功率为1 993.9 W/kg,能够满足EV使用的需要。电池在-20℃与60℃时的1 C放电容量分别为常温下的61.8%和108%,说明具有良好的高温适应能力,但低温性能还需进一步改善。电池在过充,短路和针刺下不燃烧,不爆炸,安全性能良好。

C/LiFePO_4动力蓄电池的热行为

为了明确圆柱形C/LiFePO4动力蓄电池放电过程中的温度特性及其产热机理,利用自动充放电仪对其在不同倍率放电过程中表面温度的变化进行研究,并对该电池在放电过程中的产热率进行计算。结果表明:相同放电时间的表面温度增加与放电电流呈抛物线关系,放电结束时表面温度增加则与放电电流呈线性关系;电池内部的热效应主要为不可逆阻抗热和电池反应的可逆热效应,0.3C、1C、2C和3C放电时,不可逆阻抗热的平均产热率分别是总平均产热率的85.0%、98.0%、99.4%和99.6%,电池反应的可逆热效应所占比例很小;小电流放电时,电池表面温度的下降与电池反应的可逆热效应有关。

基于改进粒子滤波的LiFePO4电池二元SOC估算

准确估算电池荷电状态是电池管理系统的核心技术之一。为提高估算电池荷电状态精度,构建了可描述蓄电池倍率容量特性的二元荷电状态模型,并采用一种改进的粒子滤波算法对LiFePO4电池进行荷电状态估算。从标准粒子滤波结构入手,先引入残差重采样算法,缓解了传统序贯重要性采样的粒子退化问题;而后在重采样过程中,采用Thompson-Taylor算法对粒子进行随机线性组合,并生成新粒子,可以抑制标准粒子滤波算法执行过程中的粒子贫化问题。基于这种改进的粒子滤波算法实现了对LiFePO4电池二元荷电状态估算。实验结果表明,改进的粒子滤波算法相比无迹卡尔曼滤波算法,估算电池荷电状态具有更高的精度,估算误差不超过±0.2%。研究结果对电池管理系统估算电池荷电状态具有现实指导意义.

氟、锌离子共掺杂的LiFePO_4/C阴极材料的制备及其在锂离子电池中的电化学性能研究

以醋酸锂、硝酸亚铁和磷酸二氢铵为主要原料,柠檬酸为溶剂和碳源,采用溶胶-凝胶法在氩气保护下合成橄榄石型LiFePO_4阴极材料.为了改善电池的电化学性能,在LiFePO_4阴极材料的制备过程中添加了氟和锌离子.采用扫描电镜、X线衍射光谱和恒电流充-放电测试系统分别表征了材料的微观结构、形貌和电化学性能.结果表明,氟和锌离子的添加能影响LiFePO_4作为锂离子电池阴极材料的微结构及电化学性能.在室温下,Li Fe_(1-y)Zn_y(PO_4)_(1-x/3)F_x/C(x=y=0.01)作为阴极材料制备的电池在0.1 C的倍率下放电,首次放电容量为166.0 m Ah·g^(-1),表明氟和锌离子共掺杂的材料在高倍率电流下具有更好的电化学性能.

LiFePO_4/C电池循环性能和安全性能的研究

以磷酸铁锂(LiFePO4/C)为正极活性物质、石墨为负极物质组装成动力锂离子电池。详细研究了该电池的循环性能以及过充电对电池安全性能的影响。对电池充放电容量、循环性能和电压衰减进行测试。研究表明:LiFePO4/C电池在常温下具有较好的循环性能,但大电流放电性能欠佳;在低温状态下电池的容量和循环性能明显下降;频繁的过充电会导致LiFePO4/C电池的循环性能降低;大电流、高电压过充电对电池的性能影响最大,电池存在的安全隐患最多。以3C2 A电流过充电时对电池的影响最大;使用LiFePO4/C材料做为动力电池的正极材料时须避免过充电现象发生。

锂离子电池混合正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/LiFePO_4电化学性能研究

采用湿法球磨制备了锂离子电池用混合正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/LiFePO_4。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了材料的结构和形貌,采用恒流充放电测试、循环伏安测试(CV)和电化学阻抗谱测试(EIS)方法研究了混合正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/LiFePO_4的电化学性能。结果表明:混合正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/LiFePO_4的晶体结构完好,碳包覆的纳米LiFePO_4颗粒较好地包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2表面。含质量分数15%LiFePO_4的混合正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/LiFePO_4电化学性能优良,0.2C首次充放电比容量为181.40mAh·g^(–1),首次充放电效率为90.79%;1.0C循环50次后放电比容量为169.89mAh·g^(–1),容量保持率为97.80%;3.0C循环5次后的放电比容量为162.22mAh·g^(–1),容量保持率仍有89.43%;60℃高温存储7d后,容量保持率和容量恢复率分别为86.48%和97.32%。

锂离子电池正极材料LiFePO_4C的制备与表征

采用溶胶-凝胶法合成了LiFePO4 C复合材料,利用元素分析、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法对其进行了表征,将其组装成模拟电池测试了其电化学性能.结果表明:LiFePO4 C具有单一的橄榄石型晶体结构,碳粒子平均颗粒大小在1μm左右.LiFePO4 C复合材料在3.4V处具有很好的充放电电压平台,与LiFePO4相比,具有更高的放电比容量和更好的循环性能,在60℃时的首次放电容量达到133mAh g,经20次循环后的容量保持率为93.8%.

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2和LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/LiFePO_4容量衰减原因分析

采用湿法球磨法制备了锂离子电池混合正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/LiFePO_4(NMC532/LFP).通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试和电化学阻抗谱测试(EIS)等方法研究对比了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2(NMC532)和LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/LiFePO_4(NMC532/LFP)的容量衰减机理.结果表明,循环50次和60 o C高温存储后,NMC532/LFP的容量保持率分别为97.80%、86.48%,其循环和高温存储性能较好.循环和高温存储后NMC532和NMC532/LFP的电荷传递阻抗Rct明显增大,但NMC532/LFP的Rct较小.NMC532和NMC532/LFP的I(003)/I(104)值都有所减小,但NMC532/LFP的I(003)/I(104)值比NMC532的大,即NMC532/LFP材料的阳离子混排现象有所改善.循环后NMC532、NMC532/LFP颗粒没有出现明显的表面开裂和链接断裂现象,但NMC532颗粒有部分发生粉化.高温储存后NMC532颗粒表面出现裂纹,且颗粒之间的链接断裂,NMC532/LFP颗粒表面出现轻微粉化.材料结构规整度下降,阳离子混排程度加剧,电荷传递阻抗增大是NMC532和NMC532/LFP容量衰减的主要原因.

多阶段电流充电对LiFePO_4/C电池组性能的影响

采用多阶段电流充电和恒流充电两种不同充电模式对51.2 V/96 Ah LiFePO4/C电池组测试,研究不同的充电模式对电池组的电压、容量、能量和循环性能的影响,结果显示采用多阶段电流充电可减小单体电池的不一致性,有效提高电池组的容量、能量的利用率,延长电池的使用寿命。