关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   水热法   HEDP   碳包覆  

摘要： 橄榄石型LiFePO4材料由于具备高比容量、长循环寿命、更安全、更环保、更廉价等多种优势而成为近期研究的重点材料,从而成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。但是,作为电池正极材料,LiFePO4材料的离子传导率和电导率不佳,使其性能不能得到全面的发挥。本论文试图用一种简便而廉价的方法来改善LiFePO4材料性能。 本论文的主要工作如下： 1)在水热法合成中,通过加入HEDP来控制所合成的LiFePO4的粒径与均一性。通过XRD、SEM等表征手段与固相法和水热法合成的LiFePO4材料相比较,显示在水热法过程中加入HEDP可以使合成的LiFePO4材料的晶粒在不同的方向上生长,粒径更小(纳米级)、均一性更好,并且具有良好的分散性。 2)用球磨和搅拌的方法混合LiFePO4和碳源,然后碳化得到碳包覆LiFePO4/C材料,发现其形貌差异较大,采用搅拌法得到的碳包覆LiFePO4/C较好的保持了LiFePO4原有的形貌。 3)将所得材料组成电池进行电化学性能测试发现,当LiFePO4的粒径变小时,其电化学性能得到提高。因此,在水热法合成LiFePO4时加入HEDP作为添加剂可以提高材料的电化学性能。当HEDP加入量为15%,所合成的LiFePO4材料O.1C下首次充电容量为154mAh/g,放电容量为134mAh/g;20次循环后容量有所提高,放电比容量为140mAh/g;当充放电倍率提高后,容量下降不明显,在2C倍率下仍然有126mAh/g的容量。

关键词： 电动汽车   锂离子动力电池   磷酸铁锂   循环性能   热行为  

摘要： 锂离子动力电池在电动汽车上具有广泛的应用前景,电池的寿命、热行为和安全是电动汽车用锂离子动力电池的关键性能指标。磷酸铁锂动力电池具有寿命长、热稳定性高、安全性好和成本低等优点,被认为是最有应用前景的电动汽车用锂离子动力电池种类之一。本文以制备长寿命、高安全性的电动汽车用磷酸铁锂动力电池为目标,首先研制了不同结构、容量的磷酸铁锂动力电池,并对其充放电性能、安全性能进行了测试,研究了电池结构对电池性能的影响；其次分析了电池的循环性能规律并通过电化学、XRD、SEM和EDS测试方法分析了电池的容量衰减机理；然后运用能量守恒原理仿真分析了电池的热行为,最后研究了充放电方式对电池组性能的影响。 采用磷酸铁锂为正极材料,石墨为负极材料研制了圆柱形卷绕结构的13Ah、100Ah和120Ah,方形卷绕结构的9Ah,方形叠层结构的300Ah五种类型的高比能车用锂离子动力电池,其中9Ah和120Ah电池分别实现批量和小批量生产。研究了电池的初始充放电性能和倍率放电性能。结果表明：在小电流放电情况下,电池的容量主要取决于正、负极材料的特性及其负极/正极材料的设计容量比,放电平台电压的变化与电池的结构有关,采用圆柱形结构的电池充放电平台电压差要小于方形结构的电池。随着放电倍率的增加,电池的放电容量、放电平台电压与电池结构及额定容量有关,在电池额定容量相当的情况下,方形结构的9Ah电池和圆柱形结构的13Ah电池的放电容量没有明显差异,13Ah电池的倍率放电性能优于9Ah电池；在相同电池结构、不同电池额定容量的情况下,大容量的120Ah电池的容量衰减速度、放电平台电压的下降幅度均高于13Ah电池,欧姆压降对大容量电池放电平台电压的影响更为明显。对电池的比能量、高低温性能、贮存性能和安全性能进行了测试,结果表明：电池的比能量在100-120Wh/kg之间；13Ah电池55℃高温和-20℃低温放电容量分别是室温放电容量的98.9%和47.9%,电池搁置一年后电池的荷电保持率为71%,其容量恢复率为92%；120Ah和13Ah电池在安全测试中电池未燃烧、未爆炸。采用磷酸铁锂为正极材料、石墨为负极材料的动力电池具有良好的综合性能。 研究了五种磷酸铁锂动力电池循环性能。结果表明：电池特性(容量、放电电压等)衰减服从相同的规律,可以分为二个阶段,第一阶段性能衰减缓慢,表现出负极钝化膜增长的特征,第二阶段性能衰减加速,表现出负极表面金属锂沉积的特征。将循环1785周的13Ah电池拆解,分析了正、负极片的容量、结构和组成分析,结果表明：循环后的正极容量保持85%,其容量衰减小于实际电池的容量衰减,循环后正极片还保持完整的橄榄石型结构,其表面形貌与未循环正极片相差不大；负极石墨容量的衰减快于正极LiFePO4容量的衰减,循环后期负极容量损失严重,极片表面的局部区域沉积了金属锂,表面形貌变化很大。第二阶段电池容量、电压的变化与负极有很大关系。 研究了电池不同放电电流下的温度变化规律,结果表明：随着放电电流的增加,表面温度变化速度加快,温度逐渐升高。在相同的放电时间里,电池表面温度的变化与放电电流呈抛物线关系,在整个放电过程中电池表面温度的变化与放电电流近似线性。对13Ah电池的热行为进行了分析,结果表明：13Ah电池0.3C、1C、2C和3C放电时总平均产热率分别为0.47W、2.04W.6.04W和11.85W,其中不可逆阻抗热的平均产热率为0.4W,2.0W,6.0W,11.8W。电池内部产热以不可逆阻抗热为主,电池反应的可逆热所占比例很小。小电流放电时,电池表面温度的下降与电池反应的可逆热有关。对300Ah、120Ah、13Ah和9Ah磷酸铁锂动力电池的温度进行仿真分析,结果表明：300Ah、120Ah、13Ah和9Ah电池的比热容分别为2.7JK-1g-1、1.8JK-1g-1、1.8JK-1g-1和1.5JK-1g-1,电池组成、电池壳体材质等对电池比热容有一定的影响。电池总热容、电池与外界的热交换系数对电池表面温度的变化趋势有较大影响。 最后研究了充放电方式对13Ah电池组(4只串联)性能的影响。结果表明：串联电池组采用单体电池充放电截止电压的倍数控制电池组的充放电电压的上限和下限,在充放电末期极易引起某只电池的过充或过放。充电时,低容量的电池最先达到截止电压。放电时,大容量的电池最先达到放电截止电压的几率较大。当电流足够大时,内阻大的电池有可能最先达到放电截止电压；将充放电电压范围缩小至11.6-14.2V,采用恒流充放电方式,电池组能够放出额定容量的85%,1C恒流充放电循环900周容量保持85%,电池没有出现过充和过放的现象；电池组循环900周,充电末期电池间的电压差基本没有变化,放电结束时电池间的电压差随循环次数的增加逐渐

关键词： 纯电动汽车   二次电池   研发中心   电池材料   投资   蓄电池   财政管理   磷酸铁锂动力电池   磷酸铁锂电池   电动大巴   电动汽车电池   锂电池   锂离子电池   锂离子二次电池   批量生产   成批生产  

摘要： 1748年,美国科学家本杰明·富兰克林(Benjamin Franklin)在雨中放风筝的时候发现了"电"。52年之后,意大利物理学家亚历桑德罗·伏特(Alessandro Volta)发明世界上第一个电池。从此,电池走进了人们的生活,200多年后的今天,电池在人类生活中扮演着不可或缺的角色。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   沉淀法   碳包覆   电化学性能  

摘要： 橄榄石结构的磷酸铁锂（LiFePO4）以其比容量高、价格低廉、热稳定性好和环境友好等优点被认为是一种最具有广阔应用前景的锂离子电池正极材料。目前工业制备LiFePO4所用的高温固相法存在能耗高、难以得到高纯产物、产物性能不稳定等缺点。近年来,湿化学方法制备磷酸铁锂以其能耗低、结构均匀稳定、容易实现掺杂改性等重要优点而越来越受到重视。 本文设计和提出了一种湿化学制备磷酸铁锂的新方法-混合沉淀法,该方法以（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O、LiOH·H2O、H3PO4、（NH4）3PO4·3H2O为原料,先分别制得磷酸铁和磷酸锂的沉淀,经过陈化和除去部分母液后,将两种沉淀充分混合,继续陈化,经过过滤干燥,可得到磷酸铁锂的前驱体。该方法有效地解决了传统的沉淀法及共沉淀法存在的锂盐同步沉淀困难、收率低、以及材料均匀性差等问题,可制备出纯相的高性能LiFePO4/C材料,产物的电化学性能远高于共沉淀法制备的样品和工业样品。本文考察了各种制备条件对于材料性能的影响,运用恒电流充放电测试、循环伏安测试以及交流阻抗测试对产物的电化学性能进行了分析,并采用XRD、SEM等表征手段对产物的结构和形貌进行了表征分析。 考察了原料中锂铁比、陈化温度、焙烧温度、液相中乙醇的添加量对产物性能的影响。研究结构表明:锂铁比为1.0和1.1时能够得到纯相的LiFePO4 ,锂过多和过少都会产生杂质相。锂铁比为1.1的样品在0.1 C的放电比容量最高,为151.7 mAh·g-1 ,但是在2 C放电倍率下仅为109.2 mAh·g-1,不及锂铁比1.0的样品的119.0 mAh·g-1。所以锂铁比为1.0的样品在大倍率下具有较好的电化学性能。50℃是比较适宜的陈化温度,陈化温度为50℃的样品在不同倍率下的放电比容量都较高,在0.1 C和2 C倍率下分别为141.0 mAh·g-1和125.7 mAh·g-1。高温焙烧温度对产物的性能影响比较显著,在考察范围内,随着焙烧温度的升高,产物的结晶度越高,放电比容量越大。其中750℃焙烧的样品的电化学性能最好,在0.1 C和2 C的放电比容量分别达到了155.9 mAh·g-1和118.9 mAh·g-1。 本文研究了不同碳源及碳含量对于LiFePO4性能的影响。以聚乙烯醇（PVA）为包覆碳源具有非常好的改性效果,碳含量为8 wt.%的样品在0.1 C和2 C的放电比容量分别为154.3 mAh·g-1和134.5 mAh·g-1。研究结果表明:采用葡萄糖包覆的样品也具有非常好的电化学性能,当碳含量为10 wt.%时,其0.1 C放电的比容量可达148.1 mAh·g-1。 实验发现:碳含量少的样品在小倍率放电时的电化学性能与碳含量多的样品基本一样,但在大倍率放电时比容量衰减非常明显,如:碳含量为3 wt.%的样品在2 C倍率时的容量仅为72.4 mAh·g-1,而碳含量为12 wt.%左右的样品在2 C倍率下的放电比容量可高达125 mAh·g-1。

关键词： 锂离子电池   正极材料   沉淀法   LiFePO4/C  

摘要： 最具发展优势的锂离子二次电池正极材料LiFePO4,因具有原料来源广泛,热稳定好,环境友好等优点而倍受关注,近年来的大量研究也取得了一定的进展。然而LiFePO4的电导率及锂离子扩散系数较低,较大地限制了LiFePO4的电化学性能。随着近年来对LiFePO4的研究越来越多,它的合成工艺和性能均取得了丰硕的成果。本文在以往研究的基础上继续对LiFePO4的合成过程进行研究,分别采用不同的沉淀法合成了LiFePO4/C复合材料,比较不同方法合成的磷酸铁锂的优缺点,并且对氧化沉淀法的合成工艺进行优化研究。 材料的电化学性能会直接受到合成方法的影响。共沉淀法可通过控制材料的化学组成和颗粒大小,制备均匀分散的颗粒,与固相法相比对材料电化学性能的提高有很大帮助。因为水溶液中的沉淀反应不同导致不同的沉淀途径合成LiFePO4/C的性能也有较大差异。本文采用H2O2氧化沉淀法和NaOH调节pH沉淀法来合成目标产物。H2O2氧化沉淀法合成过程较为容易且合成材料的容量较高,但由于H2O2自身的不稳定性,导致合成材料具有批量生产不稳定且合成材料的振实密度较低。NaOH调节pH沉淀可以使其获得较高的振实密度,但由于在沉淀pH范围内,容易生成杂质沉淀,因此合成目标产物容量不高。 此外,通过充放电性能测试和物化性能测试对H2O2氧化沉淀法合成LiFePO4/C的工艺参数进行了初步的优化研究,选择工艺条件为:双氧水用量为理论用量的0.98倍,即n（H2O2）:n（FeSO4）=0.49:1;溶液浓度为0.5 mol/L;搅拌时间为6h;水浴温度为50℃;掺葡萄糖量为16%;煅烧温度为650℃。对所选条件下制备的材料进行XRD、SEM等性能测试后,得出该材料为橄榄石结构,具有较好的充放电容量和倍率循环性能,颗粒细小均匀,粒度分布窄,前躯体D50为1.288μm,目标材料D50为0.995μm。

关键词： 锂离子蓄电池   碳酸锂   电动汽车   原材料   生产技术   市场   车用   磷酸铁锂  

摘要： 未来电动汽车锂离子蓄电池中，目前在应用的有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂锂离子蓄电池。而这三种正极材料都是以碳酸锂为原材料制成。如钴酸锂是由电池级的碳酸锂（Li2CO3）和四氧化三钴（CO3O4）合成。磷酸铁锂是由草酸亚铁（FeC2O4）和碳酸锂、磷酸氢二氨（（NH4）2HPO4）按一定比例合成。而锰酸锂由碳酸锂和二氧化锰（MnO2）合成。这三种蓄电池正极材料都用碳酸锂作为原材料。碳酸锂由矿产资源提炼而成，在自然界中储量有限，具有极强的地域性和稀缺性，属于稀缺资源。碳酸锂是锂盐工业的基础原料，不仅可以直接使用，还可以作为原料制备各种附加值高的锂盐及其化合物。

关键词： 锂离子动力电池   电极材料   产业化   锂离子电池   储能电池   安全性能   电解液体系   磷酸铁锂  

摘要： 近年来，随着磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂等高安全、长寿命型锂离子电池电极材料的快速发展，动力及储能锂离子电池在安全性能、能量密度、功率密度、循环寿命、成本降低等方面取得了很大进步，从而使得电动汽车及大规模储能走向市场应用成为可能。同时，新型电极材料和电解液体系的出现又在持续推动着锂离子电池技术与产业的发展，美国的Freecar计划、智能电网和日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）计划等均给出了未来20年的动力与储能电池及其化学体系的发展路线图，

关键词： 移动基站   锂电池   磷酸铁   应用   铅酸电池   环保战略  

摘要： 未来20年内,在移动基站领域,海霸磷酸铁锂电池可以全面替换铅酸电池,实现国家的节能环保战略。

关键词： 锂电池   磷酸铁   移动基站   放电容量   应用   放电电压   低温性能   锂离子电池  

摘要： 1磷酸铁锂蓄电池特点磷酸铁锂电池是锂离子电池家族中最安全的高比能量电池。磷酸铁锂电池的放电电压非常平稳,一般为3.2V,放电后期（主要指剩余的10%容量）电压变化较快,截止电压一般为2.5V。环境温度特别是低温会对磷酸铁锂电池的放电容量产生影响：-20℃的放电容量是常温容量的45%,-10℃是常温的65%,-5℃是常温的80%,0℃是常温的90%,0℃～20℃的放电容量变化非常小。磷酸铁锂电池的低温性能优于铅酸蓄电池。

关键词： 电动汽车电池   磷酸铁锂   材料   橄榄石型结构   安全可靠   锂离子电池   环境友好   库仑效率  

摘要： 具有橄榄石型结构的磷酸铁锂（LIFEPO4）恰能满足理想的高安全高容量高功率锂电池的需要。磷酸铁锂的发现，被誉为标志着“锂离子电池一个新时代的到来”。磷酸铁锂无毒、对环境友好、原料丰富、比容量与库仑效率高、充放电平台平稳、循环性能好、热稳定性高、极安全可靠，非常适合于对安全性、循环寿命、功率特性、使用成本等极为敏感的大型电池应用领域。