饶睦敏:破解磷酸铁锂电池低温性能难题
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来源: 中国电力报 作者: 日期: 17.01.12

破解磷酸铁锂电池低温性能难题

———访深圳市沃特玛电池有限公司副总经理饶睦敏

中国电力报 中电新闻网见习记者 白明琴 

  日前,工信部发布了《新能源汽车推广应用推荐车型目录(第5批)》,有证券研究机构表示,本次目录配套的动力电池以磷酸铁锂电池为主,其占比接近一半。

  我国新能源汽车动力电池的发展一直存在方向性争议,不少业内专家认为,磷酸铁锂电池将与三元材料电池长期并存。“但目前国内主流的新能源车企使用的基本都是磷酸铁锂电池。”深圳市沃特玛电池有限公司(简称“沃特玛”)副总经理饶睦敏在第七届全球新能源汽车大会上告诉本报记者。

  近日,比亚迪汽车披露,公司目前上市的全部车型使用的都是磷酸铁锂电池,并表示,从安全角度考虑会坚持选择磷酸铁锂电池作为当前新能源汽车的主要应用产品。这也正佐证了饶睦敏的观点。

  “磷酸铁锂电池优点众多,但低温性能衰减比较大。”饶睦敏表示,破解低温性能难题事关磷酸铁锂电池生存大计。

  中国电力报:磷酸铁锂电池在新能源汽车领域的具体应用情况如何?影响其低温特性的主要因素有哪些?

  饶睦敏:就已经市场化的锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等电池产品来看,三元材料电池将是未来的发展趋势。但目前的电动客车、电动大巴仍以选配磷酸铁锂电池为主。

  统计显示,在2015年11月国内生产的21804辆纯电动客车中,采用磷酸铁锂、三元材料电池的车辆,分别占比64.9%、27.6%。有数据称,在工信部第285、286批新车公示中的316款纯电动客车中,搭载磷酸铁锂、三元材料电池的分别占88%、2%。

  与三元材料电池相比,磷酸铁锂电池具有安全性好、循环寿命好,充放电倍率大等显著优势。但在不同温度的环境中,磷酸铁锂电池充放电效率有较大差别———在常温下,其巡航里程能够达到160千米,在零下20摄氏度时,其续航里程降至60~80千   米,甚至更低。

  影响磷酸铁锂电池低温特性的主要因素是正极、负极、电解液。其中,作为正极的磷酸铁锂本身的电子导电性比较差,且容易产生极化,导致电池容量降低;负极材料主要影响电池低温充电的安全性;在低温环境下,电解液黏度增大会增加锂离子迁移阻抗,从而影响电池充放电倍率性能。另外,业内比较忽视的是粘结剂对电池低温充放电循环寿命有一定的影响。

  中国电力报:具体该如何破解磷酸铁锂电池低温特性的难题?

  饶睦敏:我们的整体思路是从正极、负极、电液、粘结剂4个方面去提升磷酸铁锂电池的低温性能。

  磷酸铁锂电池的放电特性主要与正极有关,正极材料———磷酸铁锂粒径、电阻力、AB平面轴长的大小都会影响电池的低温特性。我们通过对3种工艺制备的不同粒径、物象的磷酸铁锂对比发现,AB面轴长增大,锂离子迁移通道就会变大,电池倍率性能就能够提高。不同的粒径,锂离子扩散系数不同,用100~200纳米粒径的正极做成的电池,在零下20摄氏度时放电效率也可以达到94%。

  磷酸铁锂电池在低温环境中的主要问题是充电难。电池低温充电特性主要受负极影响,并涉及到恒流比问题———恒流比越低,完全充电时间越长。我们通过选择3种不同的人造石墨作为负极研究发现,层间距大、颗粒小的负极,其本身及其锂离子迁移阻抗都比较小,有利于低温条件下锂离子脱嵌;小粒径表面碳包覆改性石墨负极的扩散系数比较大,在零下20度时,充电恒流比能够从40%提高到70%以上。

  电解液体系中的溶剂、锂盐、添加剂都对电池低温特性有一定影响。在零下20~30摄氏度时,电解液结晶,黏度增大,会造成电池性能恶化。我们通过运用低温添加剂,能够将电池放电容量从85%提高到90%。

  在粘结剂方面,我们研究发现,在零下20摄氏度的环境中充放电,点状粘结剂在70~80次循环后会有部分失效的现象,线状粘结剂则不会出现失效的问题。

  中国电力报:贵公司改善后的磷酸铁锂电池性能达到什么水平?

  饶睦敏:通过从正极、负极、电解液到粘结剂整个体系的改善后,我们的磷酸铁锂电池单体实现了比较好的性能提升———在零下20~40摄氏度时,0.5C充电恒流比可以达到62.9%,在零下20摄氏度时,放电倍率也能够达到94%。

  沃特玛是首批进入工信部动力电池目录的企业,目前有5万多台配套沃特玛磷酸铁锂电池的新能源汽车在全国运行,积累了丰富的运行经验。数据对比显示,与常规动力电池相比,改善后的磷酸铁锂电池性能提升了30%~40%———配套沃特玛低温磷酸铁锂电池的电动汽车跑6趟充一次电,而配套常规动力电池的电动汽车跑4趟就需要充一次电。同时,改善后的磷酸铁锂电池的压差也比常规动力电池的好。

  需要说明的是,不仅是要提升电池单体的低温特性,还需要同时实现pcak电池包、BMS循环系统整个保障模式的创新,才能充分保障新能源汽车在低温环境下正常运营。

责任编辑:王萍  投稿邮箱:网上投稿

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