關鍵詞：磷酸鐵鋰；鋰離子動力電池；正極
橄欖石型結構的磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）具有材料來源廣泛、價格便宜、理論比容量較高（約170 mAh/g）、理論比能量較高（約550 Wh/kg）、熱穩(wěn)定性好、無吸濕性[1-3]、環(huán)境友好、充放電循環(huán)性能優(yōu)異、原材料價格低廉以及良好的安全性等優(yōu)點[4, 5]，成為當前鋰離子二次電池材料研究的熱點，而且最有希望代替目前廣泛使用的鈷酸鋰電極材料。
1、實驗
1.1 電池組裝
按照工藝條件要求分別將一定比例的正極材料磷酸鐵鋰、導電劑、粘結劑和溶劑，以及負極材料、導電劑、粘結劑和溶劑分別攪拌一定的時間至完全分散后，均勻的涂布在集流體上，干燥后軋膜分切；卷繞時將隔膜插在正負極片中間將兩者完全隔離，制成卷芯，并將5個卷芯并聯(lián)后裝入鋼殼中，激光焊封口，真空干燥后，注入電解液，最后再將注液孔密封，制得待活化的方形鋰離子電池。本文所組裝的電池型號均為214867（實際尺寸為20.8mm×48.3mm×66.8mm）。
1.2 電池性能測試
電化學性能測試采用新威CT-3008W-S1高精度電池性能檢測系統(tǒng)測試?；晒ば虿捎瞄L沙杉杉動力電池有限公司的化成工藝流程，所有電化學性能實驗都在化成后完成。高溫循環(huán)性能在DHG-9101-1SA型電熱恒溫鼓風干燥箱中，溫度恒定為55±5℃的條件下測試。在室溫條件下對電池進行循環(huán)性能測試，循環(huán)充放電電流均為1/3C。不同倍率放電實驗中，電池均按0.2C充電后再按不同的倍率放電，放電截至電壓為2.2V。
電池安全性能測試采用自制的測試裝置并具有一定安全保護的條件下完成。
2、結果與討論
2.1 循環(huán)性能測試
為了考察LiFePO4電池在不同溫度下的循環(huán)性能，對實驗電池做了常溫及高溫循環(huán)性能測試。測試結果對比曲線如圖1，可以看出，常溫循環(huán)性能略優(yōu)于高溫循環(huán)性能。常溫循環(huán)300次時的放電容量4469.6mAh，容量保持率達94.63%。高溫循環(huán)300次時的放電容量4366.1mAh，容量保持率為91.81%。電池的高溫循環(huán)性能較為優(yōu)異，這可能是由于在高溫循環(huán)時，Li+在較高的溫度下具有較大的擴散活化能，電池中的電化學反應阻抗減小，致使Li+在正負極之間嵌入和脫出的阻力明顯降低[6, 7]，并且LiFePO4在較高的溫度下具有良好的穩(wěn)定性[8]。
2.2 不同放電倍率性能測試
由圖2可以看出電池在不同倍率放電的時候，隨著放電電流的增大，放電平臺略有下移，這是由于放電時電流越大，電池中產生的極化越大。在充放電過程中，為保持電荷平衡，電子的遷移必然伴隨Li+的嵌入或脫出。若電子不能及時導入或導出，富集的電子將通過極化效應反過來限制Li+的嵌入和脫出，從而限制了電池容量的發(fā)揮。
由于實驗電池采用了新工藝配方，在高倍率放電過程中產生的極化較小，放電容量也得到了很好的發(fā)揮，由表1可以看出，相對于電池0.1C時的放電容量，2C放電容量保持率為92.28%。
2.3 常溫儲存性能測試
將電池充滿電后在常溫下擱置28天，測試電池擱置前后的放電容量，以考察電池的自放電率。圖3所示為電池在儲存前后放電容量曲線對比。擱置前電池0.2C放電容量為4682.3mAh，電池重新充滿電后在常溫擱置28天，測試0.2C放電容量為4556.8mAh，容量保持率為97.32%，由此可以看出磷酸鐵鋰電池在常溫下具有優(yōu)異的儲存性能。
2.4 安全性能測試
磷酸鐵鋰電池最突出的優(yōu)點就是高安全性能，這是鈷酸鋰和鎳酸鋰等正極材料無法比擬的，我們也對實驗電池進行了苛刻的安全性能測試。
針刺：實驗電池0.2C充滿電后，在20℃±5℃條件下擱置1h。用φ3mm的鋼釘從垂直于蓄電池極板的方向迅速貫穿（鋼針停留在蓄電池中）。電池未爆炸，未起火，表面最高溫度為105℃。
短路實驗：電池0.2C充滿電后在20℃±5℃條件下擱置1h。用電阻≦100mΩ的自制短路裝置將電池經外部短路，至電池外面溫度不高于環(huán)境溫度10℃為止。測試結果電池未起火，未爆炸，表面最高溫度為108℃。
過充電實驗：在20℃±5℃的環(huán)境溫度下進行。電池先以1I5（A）電流放電至終止電壓，連接電池正負極于直流電源，調節(jié)電源輸出電流至15I5（A），輸出電壓不低于10V，持續(xù)充電7h或者電池電壓不再增加。測試電池均未起火、未爆炸。
3、結論
所制備的磷酸鐵鋰電池具有較為優(yōu)異的常溫及高溫循環(huán)性能，倍率性能和儲存性能良好，同時磷酸鐵鋰電池也具有高安全特性。LiFePO4以其價格低廉、對環(huán)境友好、循環(huán)性能優(yōu)良、安全性能突出等優(yōu)點而成為最具應用潛力的新一代鋰離子電池用正極材料，在鋰離子動力電池中將有著廣闊的應用前景。
參考文獻
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