磷酸鐵鋰系電池成本相對三元系電池低，且安全性好，壽命長。隨著技術的進步，實際能量密度也在無限接近理論能量密度。所以其市場占有率也在穩(wěn)步上升，且已經(jīng)超過三元系鋰電池的裝機量。

但磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）的缺點也很明顯：導電性能差，低溫性能差，振實密度低等。本文以下內(nèi)容著重探討一下磷酸鐵鋰的低溫性能的幾種改善辦法。

1. 表面包覆降低LFP顆粒的表面電阻

鋰電池在低溫下，電極材料界面處的阻抗會增加，離子擴散速率也會降低。在LFP表面包覆一層導電層會有效降低電極材料之間的接觸電阻，從而可提高離子進出LFP的擴散速率。

一般包覆材料為碳材料。例如，利用無定形碳或碳納米管或石墨烯進行包覆，這些材料均可以使得LFP電極材料界面阻抗降低。另外一種是利用金屬或金屬氧化物涂層。有研究表明，CeO2顆?？梢跃鶆蚍植荚?/span>LFP表面。低溫下，CeO2改善后LFP的脫/嵌能力和電極動力學均得到明顯改善。

2. 體相摻雜降低LFP電極的電阻

離子摻雜可以在LFP晶格結構中形成空位，從而促進鋰離子在電極材料中的擴散。

有研究表明，Mg和F共摻雜得到的LFe0.92Mg0.08(PO4)0.99F0.03在低溫下具有較好的電化學性能。兩種離子的摻雜并未改變材料的粒徑和結構，還增加了離子傳導速率和電子轉移速率。

3. 電解液的優(yōu)化

這一點可能并不單單可應用到LFP體系中，三元或其它有機電解液體系的鋰電池均可應用。

低溫下，鋰離子在電極/電解液界面的傳遞是其性能的控制步驟。提升低溫性能，其中重要的一點就是提高界面電化學反應速率。所以SEI膜的優(yōu)化就顯得至關重要了，而SEI膜的性質(zhì)由電解液和電極表面性質(zhì)決定。因此，對電解液的優(yōu)化也可以改善鋰電池的低溫性能。

有研究表明，在電解液中引入分子鏈較長或者分子質(zhì)量較高的酯的助溶劑可以增加SEI膜的穩(wěn)定性，使鋰離子穩(wěn)定的嵌入，減少電池的極化。

除此之外，電解液中鋰鹽的選擇同樣會影響到鋰離子電導率和SEI膜的穩(wěn)定性。

4. 充電策略的優(yōu)化

利用脈沖電流來快速加熱低溫下的電池溫度。

鋰電池在充電過程中，電解液中離子運動與極化會促進鋰電池內(nèi)部熱量的產(chǎn)生，這種生熱機制可有效地用于提高其在低溫下的性能。

圖片來源：論文“A New Charging Mode of Li-Ion Batteries with LiFePO4/C Composites under Low Temperature”

有研究表明，利用商業(yè)鋰電池的實驗測試可以驗證連續(xù)充電和脈沖充電之間的發(fā)熱差異。從上圖可以看出，微秒脈沖時間可以促進鋰電池中產(chǎn)生更多的熱量。

5. 采用新型電池結構

LFP低溫性能的改善不僅可以從材料方面入手，電池結構方面的改進幫助也是非常大的。

王朝陽教授團隊成功開發(fā)了一種新型的電池結構和充電策略。該電池包含一個輕巧、低成本的內(nèi)部加熱結構，并通過開關智能地控制充電電流的流向。

當電池溫度低于室溫時，所有電流自動流入內(nèi)部加熱結構，使電池快速升溫。當電池加熱到高于室溫后，將自動切換至充電模式，實現(xiàn)了全氣候快充。

附：參考文獻

[1] 胡晨，磷酸鐵鋰電池低溫性能的改性方法簡述

[2] 朱高龍，基于磷酸鐵鋰高低溫性能電池的制備及其優(yōu)化

[3] 王朝陽，Fast Charging of Lithium-ion Batteries at All Temperatures

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