粒径对磷酸铁锂电池低温性能的影响

粒径对磷酸铁锂电池低温性能的影响谢晓华*, 张建，李佳，刘浩涵，夏保佳（中科院上海微系统与信息技术研究所,上海, 200050, E-mail:xiaohuaxie@）能源的日益枯竭和环保的要求, 使电动车市场成为热点。

电动车成败的关键之一是电池，在现有的多种动力电池中，具有电压高、比能量大、循环寿命长、环保等优点的锂离子电池将成为主导。

用作锂离子电池的正极活性材料主要有锂钴氧(LiCoO2)、锂锰氧(LiMn2O4)、锂镍氧(LiNiO2)、锂镍钴锰氧(LiNiCoMnO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)。

由于LiFePO4具有原料来源丰富、价格低廉以及优良的高温循环性能和安全性能等优点，以LiFePO4为正极活性材料的锂离子电池(LiFePO4电池)最具发展前景。

但与其它正极活性材料相比，LiFePO4材料固有的导电能力差的缺点[1-2]，极大地限制了其在低温下的动力学特性[3]。

在一般情况下，对于单体LiFePO4电池而言，其0℃的容量保持率约为60～70%，-10℃时约为40～55%，-20℃时约为20～40%，显然其低温性能不能满足动力电源的使用要求。

因此，提高LiFePO4电池的低温性能已成为锂离子电池研究者关注的重点问题[4]。

本文将探讨LiFePO4活性材料的粒径对LiFePO4电池低温性能的影响。

LiFePO4活性材料的粒径分布如图1所示，两种活性材料的D50值分别为1.237μm和4.130μm。

图1 LiFePO4粒度分布Fig.1 Particle size distribution of LiFePO4将两种活性材料分别与一定比例的聚偏氟乙烯(PVdF)和N甲基吡咯烷酮(NMP)搅拌制成浆料，均匀涂敷于铝箔集流体上，经过烘干、辊压、剪裁等工艺制成正极极片；同样方法制作MCMB负极极片，集流体为铜箔。

把正、负极极片及隔膜按IFR18650锂离子电池制造工艺卷绕制成18650圆柱电池，电解液为1M LiPF6 EC:DEC:EMC (1:1:1, vol%)。

正负极材料的粒度分布对锂电池性能的影响一、锂离子电池市场情况分析随着能源产业的高速发展，目前电池行业已经逐步向电动自行车、电动汽车的领域拓展，全球锂电池的需求量随着它应用领域的不断扩展而逐年增加。

2012年上半年，我国电池行业累计完成工业销售产值同比增长18.5%，累计产销率96.72%，累计完成出口交货值同比下降3.57%。

产值保持平稳增长，但出口交货值继续呈下降趋势，且降幅明显增大。

上半年，铅酸蓄电池累计完成产量同比增长26.5%，碱性蓄电池累计完成产量同比下降9.6%，锂离子电池累计完成产量同比下降12.3%，原电池累计产量同比下降6.6%。

电池行业整体利润率低于4-5%，且随着环保投入与运行成本增加，电池利润将明显下降。

我国锂电产业始于1997年后期，走过了一条从引进学习到自主研发的产业化道路。

进入2001年后，随着深圳比亚迪、邦凯电池等锂离子电池企业的迅速崛起，中国的锂电产业开始进入快速成长阶段。

目前，中国是世界最大的锂电池生产制造基地、第二大锂电池生产国和出口国。

二、电池正负极材料对粒度有极大的要求天然石墨的粒度分布对锂离子的初始充放容量有较大的影响，而对其首次效率影响相对较小。

粒径较小的天然石墨粉具有较大的首次充电容量，但不可逆容量也较大；中等粒径的石墨粉具有较高的首次效率，粒度增大减少了首次充放电容量，较小粒径的石墨粉首次不可逆容量加大；双峰型粒度分布对提高首次效率有利，但减少了首次充放电容量。

当石墨粉的平均粒径为16-18μm，且粒度分布较为集中时，电池有较好的初放容量及首次效率。

用作锂离子电池的正极活性材料主要有锂钴氧(LiCoO2)、锂锰氧(LiMn2O4)、锂镍氧(LiNiO2)、锂镍钴锰氧(LiNiCoMnO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)。

由于磷酸铁锂具有原料来源丰富、价格低廉以及优良的高温循环性能和安全性能等优点，以磷酸铁锂为正极活性材料的锂离子电池最具发展前景。

而从大量的制浆经验以及行业交流反馈来看，粒度分布几乎决定了磷酸铁锂材料的加工性能，其关键指标是D50。

低温下的磷酸铁锂正极材料
低温下的磷酸铁锂正极材料性能较差，主要原因是其正极材料（磷酸铁锂化合物）为绝缘体，相比三元锂电池电子导电率低，低温下导电性更差，导致电池内阻增大，受到极化影响大。

一些研究尝试通过添加纳米碳导电剂对磷酸铁锂进行改性，以提高其在低温下的电化学性能。

然而，尽管改性后的磷酸铁锂的放电电压在低温下有所提升，但其容量保持率仍然较低。

此外，采用数值模拟方法对磷酸铁锂的低温性能进行分析表明，当锂离子扩散系数低于μm²/s时，就会引起比容量的严重下降。

总之，低温性能差是磷酸铁锂的化学属性决定的，如果不改变材料本身，就无法解决低温下容量大幅降低的问题。

如需更多关于磷酸铁锂正极材料在低温下的性能表现以及相关研究进展的详细信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。

磷酸铁锂材料物化性能对电池性能的影响武行兵;王晨旭;臧强;张沿江;王双双【摘要】在动力电池的制作过程中,正极材料磷酸铁锂的物化性能对电池的制作及电性能有非常重要的影响,尤其是材料的粒径及比表面积在材料制作路线相同的情况下对电池的影响更为重要.对材料制作路线相同情况下的磷酸铁锂粉体的物化性能进行控制,对电池加工过程中的极片电阻率、剥离强度、克容量发挥以及低温等方面进行研究.结果显示,磷酸铁锂材料物化性能对电池的制作及性能非常重要,粒径较小的材料的内阻、加工性能方面都劣于大粒径材料,但是其克容量及低温性能都优于大粒径材料.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(039)006【总页数】3页(P1174-1176)【关键词】物化性能;电阻率;剥离强度;克容量;低温性能【作者】武行兵;王晨旭;臧强;张沿江;王双双【作者单位】合肥国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011;合肥国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011;合肥国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011;合肥国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011;合肥国轩高科动力能源股份公司,安徽合肥230011【正文语种】中文【中图分类】TM912.9进入新世纪以来，能源和环境污染问题已经成为国际热点问题，而且随着汽车工业的发展，汽车普及率逐年提高，进一步加剧了能源和污染问题。

新能源汽车的诞生在一定程度上能够缓解目前能源危机，同样也能够降低环境污染[1]。

近年来，在全世界范围内，都掀起了一股新能源汽车研究的热潮，越来越多的新能源汽车出现在人们的视野中。

目前运用最为广泛的新能源汽车的核心部件就是动力电池，所以，动力电池的发展是制约新能源汽车的关键问题。

目前，锂离子电池作为动力电池的主流选择已经受到了国内外专家的广泛认同，而作为锂离子电池的核心正极材料，目前锰酸锂(LiMn2O4)、镍钴酸锂(LiNixCo1－xO2)、镍钴锰酸锂(LiNixCoyMn1－x－yO2)、磷酸铁锂(LiFePO4)等正极材料研究较多[2]。

德方纳米磷酸铁锂一次粒径-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:本文将探讨德方纳米、磷酸铁锂和一次粒径三者之间的关系。

首先将介绍德方纳米和磷酸铁锂的基本概念和特性，然后详细解释一次粒径的概念及其在材料科学领域的重要性。

通过对这三个概念的深入分析，我们可以更好地理解它们之间的联系及其在实际应用中的重要作用。

本文旨在为读者提供对这些关键科学概念的全面理解，同时展望它们在未来的应用前景。

json{"1.2 文章结构": {"本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分中，将对德方纳米、磷酸铁锂和一次粒径进行简要介绍，说明文章的目的和重要性。

然后在正文部分中，将详细介绍德方纳米、磷酸铁锂和一次粒径的相关概念、特点和应用领域。

最后在结论部分，对本文进行总结，展望德方纳米、磷酸铁锂和一次粒径的未来应用前景，并得出结论。

"}}1.3 目的本文旨在探讨德方纳米、磷酸铁锂和一次粒径之间的关系，深入了解它们在电池材料领域的应用和意义。

通过对德方纳米和磷酸铁锂的介绍，加深对这两种材料的理解，并进一步探讨它们的一次粒径对电池性能的影响。

最终，希望为未来电池材料领域的研究提供一定的参考和启发，推动新材料在电池领域的发展和应用。

的部分的内容2.正文2.1 德方纳米介绍:德方纳米是一种新型材料，具有纳米级别的微观结构特征。

其独特的纳米尺度特性赋予了材料优异的性能。

德方纳米材料广泛应用于电池、储能、催化、生物医学等领域。

德方纳米的制备方法主要包括溶液法、气相法、机械合成法等。

其中，溶液法是制备德方纳米的常用方法，通过在溶液中控制反应条件和掺杂物的添加，可以实现对德方纳米的粒径、结构和性能的调控。

德方纳米的优点包括高比表面积、优异的电化学性能、优良的催化活性和稳定性等。

在锂离子电池领域，德方纳米被广泛应用于正极材料的改性，可以提高电池的能量密度、循环性能和安全性。

总之，德方纳米作为一种具有前景的材料，在未来的应用中将发挥重要作用，为各个领域的发展带来新的机遇和挑战。

正负极材料的粒度分布对锂电池性能的影响一、锂离子电池市场情况分析随着能源产业的高速发展，目前电池行业已经逐步向电动自行车、电动汽车的领域拓展，全球锂电池的需求量随着它应用领域的不断扩展而逐年增加。

2012年上半年，我国电池行业累计完成工业销售产值同比增长18.5%，累计产销率96.72%，累计完成出口交货值同比下降3.57%。

产值保持平稳增长，但出口交货值继续呈下降趋势，且降幅明显增大。

上半年，铅酸蓄电池累计完成产量同比增长26.5%，碱性蓄电池累计完成产量同比下降9.6%，锂离子电池累计完成产量同比下降12.3%，原电池累计产量同比下降6.6%。

电池行业整体利润率低于4-5%，且随着环保投入与运行成本增加，电池利润将明显下降。

我国锂电产业始于1997年后期，走过了一条从引进学习到自主研发的产业化道路。

进入2001年后，随着深圳比亚迪、邦凯电池等锂离子电池企业的迅速崛起，中国的锂电产业开始进入快速成长阶段。

目前，中国是世界最大的锂电池生产制造基地、第二大锂电池生产国和出口国。

二、电池正负极材料对粒度有极大的要求天然石墨的粒度分布对锂离子的初始充放容量有较大的影响，而对其首次效率影响相对较小。

粒径较小的天然石墨粉具有较大的首次充电容量，但不可逆容量也较大；中等粒径的石墨粉具有较高的首次效率，粒度增大减少了首次充放电容量，较小粒径的石墨粉首次不可逆容量加大；双峰型粒度分布对提高首次效率有利，但减少了首次充放电容量。

当石墨粉的平均粒径为16-18μm，且粒度分布较为集中时，电池有较好的初放容量及首次效率。

用作锂离子电池的正极活性材料主要有锂钴氧(LiCoO2)、锂锰氧(LiMn2O4)、锂镍氧(LiNiO2)、锂镍钴锰氧(LiNiCoMnO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)。

由于磷酸铁锂具有原料来源丰富、价格低廉以及优良的高温循环性能和安全性能等优点，以磷酸铁锂为正极活性材料的锂离子电池最具发展前景。

而从大量的制浆经验以及行业交流反馈来看，粒度分布几乎决定了磷酸铁锂材料的加工性能，其关键指标是D50。

磷酸铁锂浆料的粒径-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述磷酸铁锂浆料是一种常用的正极材料，广泛应用于锂离子电池中。

磷酸铁锂具有高能量密度、长循环寿命、良好的安全性等特点，因此备受关注。

磷酸铁锂浆料的粒径对电池性能具有重要影响，因此对其粒径进行研究和控制具有重要意义。

本文将从磷酸铁锂浆料的定义与特点、制备方法以及粒径的重要性等方面进行详细探讨。

首先，我们将介绍磷酸铁锂浆料的定义与特点，以便读者对其有一个基本的了解。

其次，我们将详细介绍磷酸铁锂浆料的制备方法，包括溶液法、固相法等，以及各种方法的优缺点和适用范围。

最后，我们将重点讨论磷酸铁锂浆料中粒径的重要性，探讨不同粒径对电池性能的影响，并介绍粒径的测量方法和控制技术。

通过本文的阅读，读者将能够深入了解磷酸铁锂浆料的粒径问题，并了解其对电池性能的影响。

同时，读者还将掌握磷酸铁锂浆料的制备方法以及粒径的测量和控制技术，为磷酸铁锂电池的研究和应用提供参考和指导。

希望本文能对相关领域的研究工作和产业发展有所裨益。

1.2 文章结构本文将分为三个部分进行论述。

首先，在引言部分(1.1)将对磷酸铁锂浆料的概述进行介绍，包括其定义、特点以及制备方法的重要性。

然后，在正文部分(2)将更加深入地讨论磷酸铁锂浆料的相关内容，包括其定义与特点(2.1)，制备方法(2.2)，以及粒径的重要性(2.3)。

最后，在结论部分(3)将总结磷酸铁锂浆料粒径的影响因素(3.1)，控制方法(3.2)，以及对电池性能的影响(3.3)。

通过以上的结构设置，读者可以逐步了解磷酸铁锂浆料的各个方面，从而更全面地认识到其粒径的重要性及其对电池性能的影响。

此外，本文将提供相关的制备方法和控制方法，以供读者参考和学习。

通过这样的结构布局，读者能够系统地了解磷酸铁锂浆料的粒径问题，并在实践中更好地应用与优化该材料的性能。

1.3 目的本文旨在研究和探讨磷酸铁锂浆料中粒径的重要性以及对其粒径的控制方法，以期进一步了解磷酸铁锂电池材料的性能与粒径之间的关系。

磷酸铁锂材料的各项参数指标对电池的影响分析磷酸铁锂（LiFePO4）是一种新型的锂离子电池正极材料，具有高能量密度、长循环寿命、较低成本、良好的热稳定性和环境友好等优点。

其各项参数指标对电池性能产生重要影响，下面我们将对这些指标进行详细分析。

首先，磷酸铁锂的比容量是决定电池能量密度的重要参数。

比容量是指正极材料每单位质量（或体积）能储存的锂离子数量。

磷酸铁锂的比容量较低，约为140mAh/g，相对于其他高容量正极材料如钴酸锂（LiCoO2）的190mAh/g，相对较低。

其次，磷酸铁锂的电子导电性能对电池输出功率和循环寿命有重要影响。

磷酸铁锂的电导率较低，一般在10^-7 S/cm量级，与钴酸锂的电导率（10^-6 S/cm）相比明显较低。

这意味着磷酸铁锂电池的放电速度较慢，其输出功率会受到一定限制。

第三，磷酸铁锂的晶体结构和粒径对电池循环寿命和充放电性能有重要影响。

磷酸铁锂的晶体结构为正交晶系，其晶格稳定性和结构稳定性较好，能够在高温下保持结构稳定。

而且，磷酸铁锂具有较小的离子扩散系数，导致锂离子在材料中的扩散速率较慢，影响充放电性能。

此外，粒径的减小可以提高电池的充放电速率和循环寿命，但同时也会增加制备成本。

另外，磷酸铁锂的晶体形态、形貌和表面改性对电池性能也有一定影响。

例如，通过合适的表面改性和涂覆剂的使用，可以减小正极材料与电解液之间的界面电阻，提高电池的电导率和输出功率。

最后，磷酸铁锂的价格和环境友好性也是其重要的参数指标。

相对于其他正极材料，磷酸铁锂的原料成本相对较低，使电池的制造成本降低，有利于推广应用。

此外，磷酸铁锂材料不含有重金属元素，对环境没有污染，具有很好的环境友好性，能够满足绿色能源的要求。

总结起来，磷酸铁锂材料的各项参数指标对电池性能产生显著影响。

比容量决定了电池的能量密度，电导率影响电池的输出功率，晶体结构和粒径对循环寿命和充放电性能有影响，而晶体形态、形貌和表面改性可以改善电池的电化学性能。