正极材料对锂离子电池的低温有什么影响？
来源：宝鄂实业
2019-10-15 20:57
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正极材料
正极材料是制造锂离子电池的关键材料之一，其性能直接影响电池的各项指标，而材料的结构对锂离子电池的低温性能有着重要的影响。
橄榄石结构lifepo4具有放电容量大、放电平台稳定、结构稳定、循环性能好、原料丰富等优点。然而，磷酸铁锂属于PNMA空间群，P占据四面体位置，过渡金属M占据八面体位置，李原子沿[010 ]轴在一维方向上形成迁移通道。这种一维离子通道导致锂离子只能以单一方式有序分离或嵌入，严重影响锂离子在材料中的扩散能力。特别是在低温下，锂离子在体中的扩散进一步受阻，导致阻抗增大，极化更严重，低温性能差。
ni-co-mn基linixcoymn1-x-yo2是近年来发展起来的一种新型固溶体材料，具有类似licoo2的单相层状结构。该材料具有可逆比容量高、循环稳定性好、成本低等重要优点。在动力电池领域也得到了成功的应用，其应用规模得到了迅速发展。但仍存在一些亟待解决的问题，如导电率低、大倍率稳定性差等，特别是随着镍含量的增加，材料的高低温性能变差。
富锂锰基正极材料具有较高的放电容量，有望成为下一代锂离子电池正极材料。然而，富锂锰基材料在实际应用中还存在许多问题：第一次不可逆容量大，充放电过程中易由层状结构转变为尖晶石结构，导致过渡金属离子的转移堵塞了li+的扩散通道；导致容量衰减严重，同时离子和电子导电性差，导致速率性能和低温性能差。
提高阴极材料低温扩散性能的主要途径如下：
用导电性能优异的材料包覆活性材料的方法可以提高正极材料界面的导电性，降低界面阻抗，减少正极材料与电解液的副反应，稳定材料结构。
Rui等人采用循环伏安法和交流阻抗法研究了碳包lifepo4的低温性能。结果表明，随着温度的降低，碳包lifepo4的放电容量逐渐减小，在-20℃时仅为室温下容量的33%。作者认为，随着温度的降低，电池中的电荷转移阻抗和韦伯阻抗逐渐增大，cv曲线中氧化还原电位差增大。这表明锂离子在材料中的扩散在低温下减慢，并且由于电池中法拉第反应动力学速率的减弱，极化明显增加
从正负极材料和电解液看锂电池低温性能的改善
采用导电性优异的材料对活性物质本体进行表面包覆的方法提升正极材料界面的电导率，降低界面阻抗，同时减少正极材料和电解液的副反应，稳定材料结构。
通过Mn、Al、Cr、Mg、F等元素对材料本体进行体相掺杂，增加材料的层间距来提高Li+在本体中的扩散速率，降低Li+的扩散阻抗，进而提升电池的低温性能。
降低材料粒径，缩短Li+迁移路径。需要指出的是，该方法会增大材料的比表面积从而与电解液的副反应增多。
采用导电性优异的材料对活性物质本体进行表面包覆的方法提升正极材料界面的电导率，降低界面阻抗，同时减少正极材料和电解液的副反应，稳定材料结构。
通过Mn、Al、Cr、Mg、F等元素对材料本体进行体相掺杂，增加材料的层间距来提高Li+在本体中的扩散速率，降低Li+的扩散阻抗，进而提升电池的低温性能。
降低材料粒径，缩短Li+迁移路径。需要指出的是，该方法会增大材料的比表面积从而与电解液的副反应增多。
