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铝箔涂碳对LiFePO4-C电池性能的影响.docx

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上传者: _小争小吵小任性_ 2017-06-02 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《铝箔涂碳对LiFePO4-C电池性能的影响docx》,可适用于人文社科领域,主题内容包含铝箔涂碳对LiFePOC电池性能的影响第卷年第期月电BATTERY池BIMONTHLYVolNoFebDOI:.j.-...铝箔涂碳对LiFePOC符等。

铝箔涂碳对LiFePOC电池性能的影响第卷年第期月电BATTERY池BIMONTHLYVolNoFebDOI:.j.-...铝箔涂碳对LiFePOC电池性能的影响马守龙杨茂萍刘兴亮郭钰静(合肥国轩高科动力能源有限公司安徽合肥)摘要:研究涂碳铝箔作为集流体对磷酸铁锂(LiFePO)C正极材料及电池性能的影响。铝箔涂碳可抑制电极材料的极化提高材料与集流体的粘附效果降低两者间的电荷转移电阻提高Li的扩散速率。以涂碳铝箔为集流体的半电池在CLi扩散速率是光铝箔倍率下的中值电压仍在.V以上活性材料与集流体之间的电荷转移电阻比光铝箔低以上的倍以上。涂碳铝箔作为集流体可降低组装的全电池的内阻与光铝箔相比内阻降幅在以上功率密度涨幅大于在C倍率下全电池的中值电压仍在.V以上.C.C容量比在以上。在.~.V放电关键词:磷酸铁锂(LiFePO)涂碳铝箔集流体电化学性能()--中图分类号:TM.文献标志码:A文章编号:EffectofaluminumfoilcoatingcarbononperformanceofLiFePOCbatteryMAShoulongYANGMaopingLIUXingliangGUOYujing(HefeiGuoxuanHightechPowerEnergyCo.Ltd.HefeiAnhuiChina)Abstract:Effectofcarboncoatedaluminum(Al)foilascurrentcollectoronlithiumironphosphate(LiFePO)Ccathodematerialsandbatteryperformancewerestudied.CoatingcarbononAlfoilcouldsuppressthepolarizationandimprovethecohesivenessbetweenthecathodepowderandthecurrentcollectorreducethechargetransferresistanceandimprovetheLidiffusioncoefficient.ThemeanvoltageofhalfcellusingcarboncoatedAlfoilascurrentcollectorwaskeptabove.VatCratethechargetransferresistancereducedbyandtheLidiffusioncoefficientincreasedbymorethanthreetimescomparedwithcommonAlfoil.CarboncoatedAlfoilascurrentcollectorcouldreducetheinternalresistanceofassembledfullbatterytheinternalresistancewasreducedmorethanandthepowerdensityincreasedmorethancomparedwithcommonAlfoil.AtCdischargeratethemeanvoltageoffullbatterieswasabove.V.Whendischargedin.-.Vtherationofcapacitybetween.Cand.Cwasabove.Keywords:lithiumironphosphate(LiFePO)carboncoatedaluminumfoilcurrentcollectorelectrochemicalperformance改善极片的导电和导热性能是提高动力锂离子电池性能的理想途径。人们采用的方法主要有:提高电极活性材[][]料的导电性能如离子掺杂、导电材料包覆通过适当的途径改进电池制作技术如开发叠片式封装技术、使用高导电性电解液、高性能隔膜及加强电池制作过程的控制作者简介:马守龙(-)男安徽人合肥国轩高科动力能源有限公司工程师硕士研究方向:锂电正极材料本文联系人杨茂萍(-)女安徽人合肥国轩高科动力能源有限公司工程师博士研究方向:锂电正极材料刘兴亮(-)男安徽人合肥国轩高科动力能源有限公司工程师硕士研究方向:锂电正极材料郭钰静(-)女安徽人合肥国轩高科动力能源有限公司工程师研究方向:锂电正极材料。基金项目:安徽省科技攻关项目()等对极片的制作和加工进行改进如采用锰酸锂层磷[]酸铁锂(LiFePO)层等多层结构但效果不显著。可以采用高导电性材料对极片进行修饰以提高极片的[]导电性。本文作者采用双面涂有导电炭层的铝箔作为电考察对纳米LiFePOC正极材料及全电池极材料的集流体电BATTERY池BIMONTHLY第卷电化学性能的影响探索涂碳铝箔对动力电池安全性、导电性及使用寿命的改善效果。柜(深圳产)进行测试电压为.~.V。用IviumStat电化学工作站(荷兰产)进行循环伏安(CV)和.mVs、交流阻抗测试。CV测试扫描速率为.mVs、.mVs、.mVs和.mVs的电位为.~.V交-振幅为mV。流阻抗测试的频率为~Hz.实验极片制作Arkema公司HSV)溶于N将聚偏氟乙烯(PVDF甲基-吡咯烷酮(NMP山东产电池级)中制成固含量为的胶体待胶体中的气泡全消后加入导电剂超导炭黑SuperP(Timcal公司(Timcal公司电池级)和导电石墨KS电池m(LiFePO)m(PVDF)搅拌均匀后加入自制LiFePO级)m(SuperP)m(KS)=....涂覆搅拌匀浆后在集流体μm厚的涂碳铝箔(日本产)或μm厚的铝箔(佛山产)上涂层厚度为μm在下真空(真空度<)干燥h后Pa浆料固含量为极片制得正极片的单面面密度为gm。将正极片以t的压力辊压至μm厚分切成mm宽再点焊铝极耳。将羧甲基纤维素(CMC上海产电池级)溶于去离子水中制成固含量为的胶体待胶体中的气泡全消后加入导电剂SuperP搅拌均匀后加入负极活性物质人造石墨(深圳产加入丁苯橡胶(SBR浙江均匀分散后电池级)m(石墨)m(CMC)m(Super产电池级)调节浆料的黏度P)m(SBR)=....搅拌匀浆后涂覆在集流)干燥h后制得负极片体上在下真空(<Pa负极容极片的单面面密度为gm。与正极材料匹配时量过量以上。将负极片以t的压力辊压至μm厚分切成mm宽再点焊铜极耳。.电池的制作电池级)、导将正极活性物质纳米LiFePOC(合肥产电剂SuperP和粘结剂PVDF按质量比混合加入少量NMP作为分散剂制成浆料涂覆在涂碳铝箔上涂层厚下干燥h以上度为μm在鼓风干燥箱中、并裁成直径mm的圆片(约含mg活性物质)以金属锂片(北Celgard膜(美国产)为隔膜京产电池级)为对电极、molLLiPFECDMCEMC(体积比广州产电池级)为电解液在充满氩气的干燥手套箱中组装CRC。采用μm厚的光铝箔(日本型扣式半电池记为FPA。产)作为集流体用同样的方法组装半电池记为FP将制备好的正、负极片与μm厚的陶瓷隔膜(深圳产)卷绕成电芯装入铝壳(合肥产)中超声波焊接后经高温处理控制w(HO)<.后注液。在VA动力电池化成柜(杭州产)中以.C在.~.V循环次进行化成然后老化搁置d再在VA动力电池分容柜(杭州产)中以.C在.~.V循环次进行分容得到额定容量为.Ah的型样品电池。以涂碳QC和铝箔和光铝箔作为集流体的全电池分别记为FPFPQA。.性能测试WVmA扣式电池测试柜(深圳半电池用CTV产)进行测试电压为.~.V。全电池用BTSA动力电池测试柜(深圳产)和VA动力电池测试.结果与讨论半电池的性能纳米LiFePOC复合材料在光铝箔和涂碳铝箔的半电池中不同倍率下的首次充放电曲线见图。.C.C.C.CA.C放电B.C充电图LiFePOC复合材料的首次充放电曲线Fig.InitialchargedischargecurvesofLiFePOCLiFePOC在采用光铝箔和涂碳铝箔为集从图可知.C倍率下的首次放电容量分别.mAhg、流体时.mAhg首次库仑效率分别为.和.说明铝箔涂碳在充放电过程中对Li的嵌脱影响不大。在低LiFePOC材料在涂碳铝箔和光铝箔上的性能基本倍率下一致但在高倍率下使用涂碳铝箔时的容量更高说明铝箔涂碳可抑制电极极化提高材料的倍率性能。随着电流的增而采用涂加光铝箔LiFePOC材料的放电平台迅速下降在C倍率下仍保持在碳铝箔作为集流体的LiFePOC.V以上主要是因为光铝箔集流体的极化和内部阻抗较A、FPC在半充电状态、大。样品FP满电状态和空电状态的交流阻抗谱见图。第期马守龙等:铝箔涂碳对LiFePOC电池性能的影响A的氧化还原峰电位差扫描速率越大电位差越大。FP时[]C的大比FP表明极化更严重。利用Sevcik方程可近似计算Li扩散系数(D)。Ip=.AnCDv()式()中:Ip为点位扫描峰电流(A)A为电极表面积(.cm)n为反应电子数()v为电位扫描速率(Vs)C为每个晶胞中Li的浓度在LiFePOC中为.-molcm。样品FPA氧化峰和还原峰对应的D分别为-.cms和.-cms样品FPC氧化峰-和还原峰对应的D分别为.cms和.C的D约为样品FPA的.倍-cms。样品FP表明采用涂碳铝箔作为集流体在提高活性材料与集流体之间电荷转移效率的同时可提高材料中Li的扩散速率。.全电池的性能为了更好地考察铝箔涂碳在工业生产中对全电池性能的影响组装了方形全电池考察电池的容量、内阻、混合动[]力脉冲能力特性(HPPC)及倍率放电性能。QA和FPQC在.C、.C、.C、全电池FP.C、.C、.C和.C倍率下的放电曲线见图。图LiFePOC复合材料的交流阻抗谱Fig.A.C.impedancespectraofLiFePOCunderfullchargedhalfchargedandfulldischargedconditions阻抗谱中高频区半圆与横轴的截距代表溶液电阻(Rs)中高频半圆对应电荷转移电阻(Rct)低频区斜线表示Li在活性材料颗粒内部扩散引起的Warburg阻抗(Zw)[]。LiFePOC复合材与光铝箔相比涂碳铝箔作为集流体时在满电状态下降幅达到表明采用涂料的Rct降低明显碳铝箔作为集流体可提高电荷转移效率。这也是采用涂碳铝箔作为集流体比光铝箔电化学性能更好的一个重要因素。A和FPC在不同扫描速率下的CV曲线见图。样品FP:.C:.C:.C:.C:.C:.C:.C:.mVs:.mVs:.mVs:.mVs:.mVs图LiFePOC复合材料在不同扫描速率下的CV曲线Fig.CVcurvesofLiFePOCelectrodeatdifferentscanningspeed从图可知在不同扫描速率下的曲线均有一对氧化还原峰与LiFePOC中FeFe的氧化和还原相对应同图成品全电池的倍率放电曲线Fig.DischargecurvesatdifferentratesofLiFePOCQC在倍率放电过程中的中值电压从图可知电池FP下降较小在.C倍率下仍保持在.V以上而电池FPQA在高倍率下中值电压的下降明显说明铝箔涂碳能减[]轻电池的极化从而提升倍率性能。采用涂碳铝箔作为集流体电池在.C倍率下的容量保持率仍在以上而采用光铝箔为说明铝箔涂碳可改善电池的倍率性能。采用光铝箔和涂碳铝箔作为集流体组装全电池的容量和直流内阻见图。电BATTERY池BIMONTHLY第卷QA和FPQC在DOD下的放电池FP从图可知电直流内阻分别为.mΩ和.mΩ说明铝箔涂碳可降QA和低成品电池的直流内阻抑制材料的极化。电池FPFPQC对应DOD下的功率分别.W和.W比功率分别为.Wkg和.Wkg比功率提高了说明铝箔涂碳可提升单体电池的比功率在相同放电条件下电池具有更高的功率。结论:容量:内阻a:FP-QAb:FP-QC图成品全电池的容量和交流内阻Fig.CapacityandA.C.internalresistanceoffullbatteries采用光铝箔和涂碳铝箔作为集流体对电从图可知QC的交流内阻比电池池的容量没有明显的影响而电池FPFPQA低平均降幅达以上与半电池交流阻抗谱测试的结果相符说明铝箔涂碳可提高活性材料与集流体的粘附力减小极片电阻提高极片的导电率。成品电池经过s放电(.C)和s反馈充电(.C)HPPC测试后经过处理得到电池在不同放电深度(DOD)下的直流内阻和功率曲线见图。本文作者研究了涂碳铝箔作为集流体对LFPC正极材料及全电池电化学性能的影响。研究发现:涂碳铝箔作为集流体能够有效抑制电极材料的极化现象提高电极材料与集流体的粘附效果降低两者之间的电荷转移电阻提高锂离子在材料中的扩散速率从而提高电池的循环性能和倍率性能。采用涂碳铝箔作为集流体组装型全电池能够降低电池的内阻提高电池的比功率且电池表现出良好的倍率性能。参考文献:[]'WIERCZEKKetal.DiffusionalMOLENDAJOJCZYKWSmechanismofdeintercalationinLiFe-yMnyPOcathodematerial[J].SolidStateIonics():-.[]CUIYZHAOXLGUORS.HighrateelectrochemicalperformancesofnanosizedZnOandcarboncocoatedLiFePOcathode[J].MaterResBull():-.[]GALLAGHERKGKANGSHPARSUetal.xLiMnO(-x)LiMOblendedwithLiFePOtoachievehighenergydensityandpulsepowercapability[J]JPowerSources:-.[]SWAINPVIJIMPAVANASVetal.CarboncoatingonthecurrentcollectorandLiFePOnanoparticlesinfluenceofspandsplikedisorderedcarbonontheelectrochemicalproperties[J].JPowerSources:-.[]王强曾晖王康平.磷酸铁锂烧结工艺对磷化铁生成的影响[J].电池():-.[]DASSRMAJUMDERSBKATIYARRS.KineticanalysisofcrystaltheLiionintercalationbehaviorofsolutionderivednanolinelithiummanganatethinfilms[J].JPowerSources():-.[]邓龙征吴锋高旭光etal.涂碳铝箔对磷酸铁锂电池性能J].无机化学学报():-.影响研究[[]ZHANGYHSONGWJLINSLetal.AnovelmodeloftheinitialstateofchargeestimationforLiFePObatteries[J].JA:FPQAB:FPQC:s放电后PowerSources():-.[]赵鸿飞邓爽汝坤林etal.高低温对磷酸铁锂动力锂离子J].电池():-.电池性能的影响[:HPPC测试后图Fig.成品电池在不同DOD下的直流内阻和功率D.C.internalresistanceandpoweroffullbatteriesunderdifferentDODstates收稿日期:--

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