关键词： 硅碳   N/P比   磷酸铁锂   能量密度   循环寿命  

摘要： 硅负极因有着极高的比容量而受到广泛关注,在负极中少量添加即可显著提升负极比容量,但是其巨大的体积膨胀会制约其循环寿命。在全电池中,可以通过改变N/P比来调节负极利用率,控制硅负极的嵌锂深度,从而改变电池比能量和循环性能。制作了1.09、1.06和1.03三种N/P比的聚合物软包电池,测试结果表明随着N/P比的降低,负极中硅总量减少,电池质量减轻,使电池的首次效率和比能量升高,但是在长循环测试时,硅负极嵌脱锂深度进行,体积膨胀加剧,最终导致循环寿命缩短。因此,在磷酸铁锂体系中引入硅负极,并设计合适的N/P比,有望以牺牲循环寿命为代价提升铁锂体系比能量至200 Wh/kg。

关键词： 碳源   磷酸铁锂   浆料   电化学性能   加工性能  

摘要： 磷酸铁锂浆料的黏度、固含量和稳定性是电池制作工艺中的重要参数,将直接影响涂布后电极极片的质量,最终影响电池的性能和寿命。使用高温固相法制备了一系列由不同碳源包覆的磷酸铁锂材料(LFP/C),并研究了其物理性能、电化学性能及加工性能。XRD结果显示,以3种有机物为碳源制备的LFP/C样品均呈现较高的结晶度,且都没有发现明显杂相;Raman结果表明,以蔗糖为碳源包覆改性的LFP/C-3样品的碳层石墨化程度最高;SEM和TEM结果证明,LFP/C-3样品的一次粒径最小,且颗粒分散性较好,其碳层厚度约为5 nm,且包覆均匀性良好。电化学表征结果显示,LFP/C-3样品在0.1C和1.0C倍率下的放电比容量分别能够达到154.6、130.9 mA·h/g,并且具备优异的倍率性能,在1.0C倍率下循环110次后容量保持率高达98.2%。但以葡萄糖作为碳源包覆改性的LFP/C-1样品具有最优的加工性能表现,在相同固含量条件下,其浆料的出料黏度为10738 mPa·s,三段式触变测试结果显示,其黏度恢复率为97.86%。研究结果对工业界生产磷酸铁锂时的碳源选用起到了一定的借鉴意义。

关键词： 磷酸铁锂电池   膨胀力   内部应力   热失控预警  

摘要： 磷酸铁锂电池作为最主要的电化学储能手段,伴随新型电力系统快速建设受到了越来越广泛的关注。磷酸铁锂电池充放电过程所形成的膨胀力及内部应力变化是一个新兴的热点研究问题。本文开发了电池内膨胀应力在线测试装置,完成了不同充放电工况下磷酸铁锂电池的膨胀力测试,开展了电池电化学性能与力学性能的时间、空间演变规律的相关研究。实验结果表明:电池荷电状态-膨胀力曲线具有可逆性及累积性,同时膨胀力变化速率与电极材料的反应速率密切相关。值得注意的是,当磷酸铁锂电池温度上升时,内部膨胀力显著上升,该指标可作为电池热失控以及储能系统安全研究的关键预警信号。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   沉淀剂   磷铁渣  

摘要： 采用磷铁渣为铁源和磷源,经过酸浸,补锂后添加NH4·OH、Na_(2)CO_(3)和NaOH沉淀剂,采用水热法制备出形态规则的LiFePO_(4)材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对不同沉淀剂合成的LiFePO_(4)材料的物相及形貌进行了表征,包碳后测试电化学性能。结果表明,不同沉淀剂合成的LiFePO_(4)材料均为橄榄石结构,纯度较高,结晶度较好。当沉淀剂为NH4·OH时,颗粒形貌规则且排列有序并呈现出最好的电化学性能,在1C条件下循环100次后容量分别为135.38 mAh/g,容量保持率达到98.74%。Na_(2)CO_(3)条件下电化学性能次之。沉淀剂中碳酸根在高温下分解,可能会引入额外的缺陷或杂质,而Na+可能进入到磷酸铁锂的晶体结构导致晶格畸变影响材料电化学性能。因此,在本实验条件下,NH4·OH作为沉淀剂表现出了最好的电化学性能。

关键词： 热过载   过充   磷酸铁锂   锂离子电池   热失控   储能  

摘要： 分析磷酸铁锂(LiFePO_(4))锂离子电池在热过载条件下的热失控特性,为电池安全设计提供参考。以280 Ah储能用LiFePO_(4)锂离子电池为实验样品,安装温度传感器监测温度变化,监测氢气和硫化氢的浓度。在0.5 C充电倍率下,对单体电池和电池模组进行持续过充的热失控特性分析。单体电池在450 s时完全进入热失控状态,氢气体积分数在约300 s时开始迅速上升,峰值达到0.072%,而硫化氢在203 s时开始上升,最高为0.056%。电池模组在303 s时完全进入热失控状态,氢气体积分数在192 s时迅速增加,峰值为0.074%,硫化氢在203 s时达到0.058%。气体浓度的变化可作为热失控的早期预警指标。

关键词： 磷酸铁锂   钴酸锂   正极材料   协同浸出   回收   锂  

摘要： 研究了利用废旧磷酸铁锂(LFP)和钴酸锂(LCO)电池正极材料协同浸出锂,通过热力学分析了工艺可行性,考察了各因素对协同浸出的影响,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对浸出渣进行了表征。结果表明:在不添加任何氧化剂或还原剂条件下,LFP与LCO能在酸性体系中协同浸出锂;在硫酸浓度0.7 mol/L、浸出温度40℃、浸出时间60 min、n(LCO)∶n(LFP)=0.5、液固体积质量比10 mL/1 g最佳浸出条件下,废旧电池正极材料中的Li、Co、Fe、P浸出率分别为99.99%、99.99%、48.00%、43.77%。该法可实现在低酸条件下从复杂电池正极材料中回收有价金属的目的,具有一定推广应用价值。

关键词： 废旧磷酸铁锂电池   正极材料   还原浸出   超声波辅助浸出   浸出动力学  

摘要： 采用超声波辅助葡萄糖还原酸浸法从废旧磷酸铁锂(LFP)电池中回收Li和Fe,分析了常规浸出工艺中硫酸浓度、葡萄糖浓度、液固比(浸出液体积与正极材料质量之比)、温度、时间等因素对Li和Fe浸出率的影响,比较了超声波辅助作用前后,Li和Fe浸出率的变化。实验结果表明:在H_(2)SO_(4)浓度2 mol/L、葡萄糖浓度2.0 mol/L、液固比15 mL/g、温度70℃、浸出时间90 min的条件下,Li和Fe的浸出率分别为88.25%和90.13%;与常规浸出工艺相比,超声波辅助工艺既能缩短浸出时间,又能提高Li和Fe的浸出率,在硫酸浓度2 mol/L、葡萄糖浓度2.0 mol/L、液固比15 mL/g、温度70℃、超声时间60 min、超声功率70 W的条件下,Li和Fe的浸出率分别为95.36%和95.83%;Li和Fe的浸出动力学过程符合“未反应收缩核模型”,Li和Fe的浸出主要受内扩散控制。

关键词： 磷酸铁锂   高压实密度   锂离子电池   正极材料  

摘要： 磷酸铁锂(LiFePO_(4),LFP)因其卓越的安全性和循环稳定性,已成为动力电池和储能系统的主流正极材料。然而,其低电子电导率和离子扩散系数限制了其电化学性能。提高压实密度是改善其体积能量密度的有效途径。本文系统综述了磷酸铁锂材料提高压实密度的方法,分析了当前高压实密度磷酸铁锂的产业发展和面临的挑战。

关键词： 磷酸铁锂   高温循环   衰减机理   结构破损   活性锂损失  

摘要： 以280 Ah磷酸铁锂/石墨电池为研究对象,探究在45℃高温充放电循环条件下的衰减机理。分析在循环过程中的微分电压曲线(dQ/dV),通过曲线的变化分析容量损失的来源,并通过对100%、90%、60%SOH的电池进行拆解,系统分析电池在不同SOH下正负极形貌、结构和比容量的变化。综合分析表明,高温下储能磷酸铁锂电池容量衰减的最主要原因是石墨结构的破损失效,并导致一系列副反应的发生,如SEI膜增厚、电解液分解和隔膜堵塞。

关键词： 废旧电池回收   废旧磷酸铁锂电池   浸出   专利分析  

摘要： 分析了废旧磷酸铁锂电池浸出回收领域的专利申请趋势、主要申请人及专利技术发展情况,展示了主流技术重点专利。结果表明,废旧磷酸铁锂电池浸出回收专利申请量自2015年以来持续增长,目前呈氧化酸性浸出为主流技术、其他技术齐头并进的发展态势,也有个别技术逐渐被产业淘汰。