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相关磷酸铁锂和三元锂电池特性差异分析

相关磷酸铁锂和三元锂电池特性差异分析

来源:
2022/01/20 08:57
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【摘要】:

  本文采用相同的电池外壳、负极材料和内部结构设计,分别制作磷酸铁锂和三元两种负极材料电池,比较两种电池的比能、比功率、循环、高低温特性,比较分析两种电池的性能差异。

  实验1

  1.1实验材料的选择

  阳极材料为磷酸铁锂与镍、钴、锰的比例为1∶1∶1的三元材料,阳极为MCMB,电解质为EC、PC、EMC和DEC组成的混合溶剂,电解质为LiPF6锂盐,膜为PP25μm。

  1.2多孔膜电极和复合膜电极的制备

  采用方形铝壳LP2770102电池的外壳和外壳以及相同的内多极耳缠绕结构,根据电池的制造工艺,分别以磷酸铁锂和三元材料为正极材料制作两种电池。磷酸铁的平均容量为7.2Ah,内阻为1.06m,质量为361g。三元材料的平均电池为8.6Ah, 1.12m, 360g。

  1.3分析与测试

  试验条件如下:充放电电压控制范围为2.5-4.2V, 1C= 7.5a;磷酸铁锂电池充放电电压控制范围为2.0-3.65V, 1C=6.5Ah;测试温度为(252)℃,无需特殊说明。

  2结果与讨论

  2.1放电性能测试

  从图1和表1可以看出,三元材料的正极放电容量、比能和比功率分别比同体积电池中磷酸铁锂材料的放电容量、比能和比功率分别提高了19.4%、37.5%和39.7%。由于三元材料的质量比容量和压实密度高于磷酸铁锂材料,因此在电池放电中使用三元材料具有很大的优势。

  2.2充电性能比较

  从图2和表2可以看出,三元材料电池与磷酸铁锂电池充电时不大于10c,恒流充电容量/总容量比无明显差异,超过10c时充电,磷酸铁锂电池以恒流容量/总容量比例充电时,其充电比越小,恒流充电容量/总容量比例和电池间隙越大,三元材料越明显,这一点很重要,随着磷酸铁锂在30%~80%SOC中的电压变化越小,如采用软碳或硬碳负极,磷酸铁锂电池的高倍率充电性能可达到三节电池的水平。

  如图3所示,三元材料电池3900次循环剩余容量66%,磷酸铁锂电池5000次循环剩余容量84%。磷酸铁锂电池的循环寿命明显优于三元材料电池和磷酸铁锂电池。根据剩余容量/初始容量= 80%,测试终点,目前,三元共聚物电池实验室的1 c循环寿命是2500倍,和1 c磷酸亚铁锂电池的循环寿命实验室3500倍,其中超过5000次。

  2.4不同温度下的放电试验

  电池在不同温度下的放电比较如图4所示。当电池在55℃充电时,三元材料电池与室温下的磷酸铁锂电池的放电容量没有差异。电池在-20℃充电时,三元材料电池的放电容量/常温容量比磷酸铁锂电池高出15%,如表3所示。

  3结论

  本文针对同一电池结构,总结出三元材料和磷酸铁锂材料在HEV电池中应用的优缺点,三元材料在电池中比能量大,比功率大,充电比高,低温性能优越,如循环性能是磷酸铁锂的明显优势,磷酸铁锂电池在安全性方面也优于三元材料。在选择蓄电池时可以根据不同的用途进行选择,比如客车空间较大,蓄电池比能源和功率要求相对较低,可以选择材料磷酸铁锂蓄电池,发挥良好的循环性能特点,汽车空间有限,蓄电池消耗小,选择比能和比动力电池三元材料比较合适。

 

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