磷酸铁锂动力电池电解液的研究进展课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,磷酸铁锂动力电池电解液研究,广州天赐,磷酸铁锂动力电池电解液研发项目组,2011,年,4,月,王姣丽,磷酸铁锂动力电池电解液研究广州天赐2011年4月王姣丽,2011,年,2,月,目录,1.,LiFePO,4,动力电池的特点,1.1 LiFePO,4,材料的结构,1.2 LiFePO,4,动力电池的应用优势,2.,电解液与,LiFePO,4,动力电池,2.1,电解液对磷酸铁锂电池高温性能的影响,2.2,电解液对磷酸铁锂电池低温性能的影响,2.3,电解液对磷酸铁锂电池倍率性能的影响,2.4,电解液对磷酸铁锂电池安全性能的影响,目录1. LiFePO4动力电池的特点,2,1.1 LiFePO,4,材料的结构,在,LiFePO,4,中，氧原子以稍微扭曲的,六方紧密堆积方式排列。,Fe,与,Li,分别,位于氧原子八面体中心位置，形成了,FeO,6,和,LiO,6,八面体。,P,占据了氧原子,四面体,4c,位置，形成了,PO,4,四面体,.,LiFePO,4,晶体结构,在,FeO,6,层之间，相邻的,LiO,6,八面体通过,b,方向上的两个氧原子连接，形成,了与,c,轴平行的,Li,的连续直线链，这使得,Li,可能形成二维扩散运动,.,PO,4,四面体位于,FeO,6,层之间，这在一定程度上阻碍了,Li,+,的扩散运动；相邻,的,FeO,6,八面体通过共顶点连接,共顶点的八面体具有相对较低的电子传导率,1.1 LiFePO4材料的结构在LiFePO4中，氧原子以,3,1.2 LiFePO,4,动力电池的应用优势,充电时,Li,+,从,FePO,4,-,层迁移出来,经过电解液进入负极,Fe,2+,被氧化成,Fe,3+,电子则经过相互接触的导电剂和集流体从外电路到达负极,放电过程与之相反。,Fe,3+,/Fe,2+,两相转变,FePO,4,与,LiFePO,4,的结构,相似，体积接近，相差,6.81%,1.,平稳的充放电电压平台（,3.4v,）,2.,循环性能良好,3.,安全性好,磷酸铁锂电池成为,HEV,、,EV,及其它储能设备的首选电源,1.2 LiFePO4动力电池的应用优势充电时,Li+从,4,2,电解液与,LiFePO,4,动力电池,选择合适电解质是获得高能量密度、长循环,寿命和安全性良好的锂离子二次电池的关键,与正极兼容,与隔膜兼容,把电池连接成一个有机整体,与负极兼容,传输锂离子,传导电流,电解液功,能,2电解液与LiFePO4动力电池选择合适电解质是获得高能量密,5,2.1,电解液对磷酸铁锂电池高温性能的影响,将,C-LiFePO,4,粉末浸泡,在,1.2MLiPF,6,/EC:DEC(3:7),混合物,55,保存一周,ICP,检测,溶液中含,535ppm Fe,离子,K. Amine,Argonne National laboratory,电池负极贡献了全电池约,90%,的阻抗值,2.1电解液对磷酸铁锂电池高温性能的影响将C-LiFePO,6,电解液对磷酸铁锂电池高温性能的影响,高温提高了,LiFePO,4,化学活性，促进,了电解液与正极材料的反应,电解液加速分解导致,SEI,膜的增厚,金属离子在放电过程中沉积在阳极,石墨上并插入石墨层中,LiFePO,4,晶格结构不完整，表面活,性物过多,Fe,溶解，正极材料,结构遭破坏,Li,+,迁移路径延长，,消耗电解液中锂盐,石墨层剥离，结构,坍塌,易与电解液中游离,酸反应,电解液对磷酸铁锂电池高温性能的影响高温提高了LiFePO4,7,电解液对磷酸铁锂电池高温性能的影响,优化电解液溶剂,组分，提高电解,液与,LiFePO,4,电,极材料的相容性,1,选择合适电解液,添加剂，减少电,解液在,MCMB,上,的分解及,SEI,膜,的增厚,2,改善方法,常用的添加剂有碳酸亚乙烯酯,(VC),、亚,硫酸乙烯酯（,ES),亚硫酸丙烯酯（,PS),电解液对磷酸铁锂电池高温性能的影响优化电解液溶剂1选择合适,8,2.2,电解液对磷酸铁锂电池低温性能的影响,低温性能,影响因素,SEI,膜的传导性质,电解液电导率,降低，锂盐从,溶剂中析出,锂在石墨中,的扩散动力学,锂在,LiFePO,4,中的,扩散动力学,25,SEI,膜阻抗：,0.570.88/g,电解液阻抗：,0.480.53/g,-30,SEI,膜阻抗：,17.221.3/g,电解液阻抗：,5.45.5/g,用电化学阻抗方法测量放电态的,天然石墨,/Li,半电池的阻抗参数，当,温度降至,-20 ,，电荷转移阻抗成,为控制因素,细化电极活性材料颗粒尺寸,增强颗粒间接触,使电极活性材料具有合适孔隙率,2.2电解液对磷酸铁锂电池低温性能的影响低温性能SEI膜的,9,电解液对磷酸铁锂电池低温性能的影响,电解液的解决方法,使用低,黏度溶剂,使用低,熔点溶剂,提高电解,液电导率,提高电解,液中锂盐,的离子化,电解液对磷酸铁锂电池低温性能的影响电解液的解决方法使用低使,10,磷酸铁锂电池低温性能测试,设计配方,1) EC:EMC:DEC=3:5:3.2%VC,Li:1.1M,2) EC:EMC:DEC=4:3:3,2%VC,Li:1.1M,3) EC:EMC:EP=3:5:2, 2%VC,Li:1.1M,4) EC:EMC:EP=2:5:3, 2%VC,Li:1.1M,磷酸铁锂电池低温性能测试设计配方,11,磷酸铁锂电池低温性能测试,测试电池描述,材料,产地,性能,极片,正极,磷酸铁锂,天津斯特兰能源科技有限公司,克容量：,130mAh/g,振实密度：,0.8g/cm,3,中位径：,36m,碳含量：,3%,压实密度：,2.2g/cm,3,厚度：,145m,负极,人造石墨,深圳贝特瑞新能源材料有限公司,首次克容量：,341.39mAh/g,振实密度：,1.016g/cm,3,中位径：,19.570m,压实密度：,1.22g/cm,3,厚度：,90m,说明,自制软包电池，标称容量：,400mAh,方形电池：,客户电池，铝壳，标称容量：,32Ah,磷酸铁锂电池低温性能测试测试电池描述材料产地性能极片正极磷酸,12,磷酸铁锂电池低温性能测试,400mAh,电池测试，低温下放电容量保持率为：,2)1)3)4),32Ah,电池测试，低温下放电容量保持率为：,4) 3) 1) 2,）,-20,下电解液电导率,ms/cm,1),2),3),4),2.9,2.6,3.0,3.2,磷酸铁锂电池低温性能测试400mAh电池测试，低温下放电容量,13,电解液改进磷酸铁锂电池低温性能的解决方案,如选用溶剂体系,DMC+DEC,等,如选用羧酸酯溶剂丙酸乙酯、丁酸甲酯等,使用低温下热导性能较好的电解液溶剂体系，,提高电池在低温下充放电时的本体温度,A,使用熔点与黏度较低的有机溶剂，拓宽电解,液的液态温度范围,B,电解液改进磷酸铁锂电池低温性能的解决方案如选用溶剂体系DM,14,电解液改进磷酸铁锂电池低温性能的解决方案,优化配方：,A,）,ECPCDMCEMCDEC,2%VC+,低温添加剂,B,）,ECPCEMCEPDEC, 2%VC+,低温添加剂,电解液改进磷酸铁锂电池低温性能的解决方案优化配方：,15,小电池,-20,测试,于常温下,1C,放电至,2V,后,-20,搁置,16h,测试,小电池-20测试于常温下1C放电至2V后-20搁置16h,16,小电池,-30,与,-40,测试,能满足小电池,-200.3C,放电容量保持接近,70%,对于,400mAh,小电池，,A,配,方的低温性能优于,B,配方,于常温下,1C,充电至,3.85V,后于低温下搁置,16h,测试,小电池-30与-40测试能满足小电池-200.3C于常,17,大电池-20测试,于常温下,1C,放电至,2V,后,-20,搁置,16h,测试,大电池-20测试于常温下1C放电至2V,18,大电池,-30,与,-40,测试,于常温下,1C,充电至,3.85V,后于低温下搁置,16h,测试,能满足电池,-200.3C,放电容量,保持接近,70%,-200.3C 50%,对于,32Ah,电池，,B,配方的低温,性能优于,A,配方,大电池-30与-40测试于常温下1C充电至3.85V能满,19,2.3,电解液对磷酸铁锂电池倍率性能的影响,提高磷酸铁锂,电池倍率性能,提高电解液中,锂离子迁移速率,提高电解液,电子电导率,降低电,解液黏度,提高溶剂中,锂盐的离子溶剂化,添加表面活性剂,选用低黏度溶剂,选用高介电常数溶剂,使用合适的添加剂,硼基化合物,氮杂醚,冠醚,2.3电解液对磷酸铁锂电池倍率性能的影响提高磷酸铁锂提高,20,溶剂,EC,对磷酸铁锂电池倍率性能的影响,15C,放电,20C,放电,EC,含量过高不利于磷酸铁锂电池的倍率放电,电解液中加入溶剂,DMC,能提高磷酸铁锂电池的大倍率放电性能,EC,：介电常数,89.6c/v.m,，黏度,0.1825mPas,溶剂EC对磷酸铁锂电池倍率性能的影响15C放电20C放电E,21,2.4,电解液对磷酸铁锂电池安全性能的影响,热失控,由于电解液和电极材料之间的热反应,而引发锂电池最终毁灭性的事故,热方面：过热,电方面：过充,机械方面：挤压、内部或外部短路,非水有机体系的电解液具有低燃点的易燃性质，它在温度升高的密闭电池体系内,极易和充放电过程中非常活泼的电极材料发生一连串自催化的放热反应，从而引,起热失控同时电解液和电极材料之间的副反应相伴有气体产生，一旦电池被冲破,而暴露于空气中时，电池内部极高的温度在空气中充足氧气的存在下立即引起有,机电解液的完全燃烧，最终导致电池的爆炸。,1.,研制阻燃体系电解液,2.,在电解液中添加过充添加剂,2.4电解液对磷酸铁锂电池安全性能的影响热失控由于电解液,22,广州天赐磷酸铁锂动力电池电解液研发项目组,Thank You !,广州天赐磷酸铁锂动力电池电解液研发项目组Thank You,2011,年,2,月,