磷酸铁锂电池性能的影响因素

一、 锂电池的评判指标

评判一个电池的好坏主要通过一个电池 安全性、比能量（也称为容量）、比功率（电池的大倍率充放电的能力）、电池的高低温性能、寿命（包括使用寿命和储存寿命）5个指标来衡量。

电池的安全性，是指一个电池在使用过程中是否会对你个人的生命财产存在过大的安全隐患，是否会对使用的电器设备存在损坏的风险，其重要性不言而喻；容量则是指一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量；倍率，是指一个电池充放电电流大小的比率，而比功率则是大倍率的充放电能力（大倍率充电则是生活中常见的快充电池，比能量性能好可以在很短的时间内充满一个电池，大倍率放电是指电池在使用过程中，用电设备有时候需要大电流供应启动放入生活中的马达在需要加速时，就必需增大电流才能达到加速的效果，若电流达不到要求，马达速度就无法得到提升。）电池的高低温性能，是指带电池在使用过程中充电或大倍率放电时电池温度会升高或电池在低温环境下是否能正常充放电的情况（高低温性能不好的电池在充电时温度在升高之后电压电流倍率会受到影响，安全性能也会受到挑战，低温性能不好的，特别是北方常见的天气，零下几十度时电池容量会下降到常温的30-40%）；电池寿命 则是指一个电池能正常循环使用的时间长短。一般不同规格的电池相应的国家指标。

二、 几种不同材料的锂电池

       目前常见的锂电池主要有：磷酸锂电池、锰酸锂、钛酸锂、镍酸锂、镍钴锰三元材料等他们各个性能数据如图1

    若将它们的五个指标分别分成五个等级再评判综合性能时（容量为实际容量）；如果以安全为主要指标，级次是寿命和高低温性能的话，那么磷酸铁锂可以说是最安全实用的。

三、 影响磷酸铁锂性能的几个因素

1、内部电池的负极材料，目前的负极材料主要是传统的石墨，现在正往硅碳发展；另一个就是正极材料中的磷酸铁锂和导电剂。磷酸铁锂的是橄榄石型结构如图3，晶型结构中氧原子以稍微扭曲的六方紧密堆积的方式排列。Fe与Li分别位于氧原子八面体中心4c和4a位置，形成了FeO6和LiO6八面体。P占据了氧原子四面体4c位置，形成了PO4四面体。LiFePO4结构在c轴方向上是链式的，1个PO4四面体与1个FeO6八面体、2个LiO6八面体共边，由此形成三维空间网状结构。从结构上看，PO4四面体位于FeO6层之间，这在一定程度上阻碍了锂离子的扩散运动，此外，相邻的FeO6八面体通过共顶点链接层状结构和尖晶是结构中存在共棱的MO6八面体连续结构不同，共顶点的八面体具有相对较低的电子传导率使得锂离子在充放电时迁移空间有限，大倍率充放电下电化学极化很大。从而直接影响电池的容量。

导电剂是指在活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流作用的物质，因其能够导电给电子的移动提供通道，所以能有效的提高电子在电极材料中的迁移速率进而直接提高电池的充放电倍率性能。常见的导电剂主要有导电炭黑，石墨烯，碳纳米管等，导电性能最好的是碳纳米管，目前随着碳纳米管制造生产技术和分散生产技术的提高，正快速的称为锂电池的主要导电剂。

2、外部影响因素主要是环境温度和放电倍率及充放电电压。

将充满电的电池分别置于不同的温度环境中进行放电，放电方法为1/3C恒流充电至电压达到3.65V,改为恒压充电直至电流下降至1A，停止充电。在环境中充分静置，以1/3C恒流放电至电压达到2V为止，计算出容量。将同一型号的6个电池在-40℃、20℃、0℃、30℃、50℃、60℃进行充放电其结果容量如图4所示；所以电池的容量随温度的升高而上升。

放电倍率对电池的影响主要体现容量上，容量随放电倍率的增大而减小，一方面主要是电池自身内阻的存在，当大电流时，电池发热，温度升高带你吃热稳定性能直接反馈；另一方面是大电流时，电池的活性物质利用率较低，电池极化内阻增大，极化电压增加，电池电压提前降低到放电终止电压是电池输出容量减少。

充电倍率对电池的影响，当充电电压过高时，电池发生副反应并产生大量的热，电极界面电阻随之增大，热稳定性则降低，容量则减小。