铁锂低温性能影响因素
粒径对磷酸铁锂电池低温性能的影响
粒径对磷酸铁锂电池低温性能的影响谢晓华*, 张建，李佳，刘浩涵，夏保佳（中科院上海微系统与信息技术研究所,上海, 200050, E-mail:xiaohuaxie@）能源的日益枯竭和环保的要求, 使电动车市场成为热点。
电动车成败的关键之一是电池，在现有的多种动力电池中，具有电压高、比能量大、循环寿命长、环保等优点的锂离子电池将成为主导。
用作锂离子电池的正极活性材料主要有锂钴氧(LiCoO2)、锂锰氧(LiMn2O4)、锂镍氧(LiNiO2)、锂镍钴锰氧(LiNiCoMnO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)。
由于LiFePO4具有原料来源丰富、价格低廉以及优良的高温循环性能和安全性能等优点，以LiFePO4为正极活性材料的锂离子电池(LiFePO4电池)最具发展前景。
但与其它正极活性材料相比，LiFePO4材料固有的导电能力差的缺点[1-2]，极大地限制了其在低温下的动力学特性[3]。
在一般情况下，对于单体LiFePO4电池而言，其0℃的容量保持率约为60～70%，-10℃时约为40～55%，-20℃时约为20～40%，显然其低温性能不能满足动力电源的使用要求。
因此，提高LiFePO4电池的低温性能已成为锂离子电池研究者关注的重点问题[4]。
本文将探讨LiFePO4活性材料的粒径对LiFePO4电池低温性能的影响。
LiFePO4活性材料的粒径分布如图1所示，两种活性材料的D50值分别为1.237μm和4.130μm。
图1 LiFePO4粒度分布Fig.1 Particle size distribution of LiFePO4将两种活性材料分别与一定比例的聚偏氟乙烯(PVdF)和N甲基吡咯烷酮(NMP)搅拌制成浆料，均匀涂敷于铝箔集流体上，经过烘干、辊压、剪裁等工艺制成正极极片；同样方法制作MCMB负极极片，集流体为铜箔。
把正、负极极片及隔膜按IFR18650锂离子电池制造工艺卷绕制成18650圆柱电池，电解液为1M LiPF6 EC:DEC:EMC (1:1:1, vol%)。
磷酸铁锂温度与容量
磷酸铁锂电池是一种锂离子电池，其性能会受到温度的影响。以下是磷酸铁锂电池温度与 容量之间的关系：
1. 低温下（低于0摄氏度）：在低温下，磷酸铁锂电池的容量可能会显著下降。这是因为 低 会增加电池内部电阻，限制了电池的放电能力。
总的来说，磷酸铁锂电池在正常温度范围内表现较好，而在极端温度下容量可能会受到影 响。因此，在使用磷酸铁锂电池时，应尽量避免将其暴露在极端温度环境中，以保持其最佳 性能和寿命。
2. 正常温度范围（0摄氏度至40摄氏度）：在正常温度范围内，磷酸铁锂电池的容量表现 较好。电池在这个温度范围内可以提供较高的容量和较好的放电性能。
磷酸铁锂温度与容量
3. 高温下（超过40摄氏度）：在高温下，磷酸铁锂电池的容量可能会略微下降。高温会 加速电池内部的化学反应，导致电池的自放电速率增加，并可能导致电解液的蒸发。此外， 高温还会增加电池的内部压力，增加了电池失效的风险。
温度对LiFePO4锂离子动力电池的影响
温度对LiFePO4锂离子动力电池的影响桂长清【摘要】磷酸铁锂(LiFePO4)锂离子电池的性能受环境温度的影响较大,在环境温度低于0℃时,电池的内阻迅速增加,比能量和比功率迅速下降,电动汽车的起动性能受到影响.为了使电池组能正常运行,需要采取保温措施.由于LiFePO4锂离子电池的内阻较高,电池组运行时温度升高,为保证安全运行,要提供冷却系统.%The performance of lithium iron phosphate(LiFePO4) Li-ion battery was influenced obviously by ambient temperature. When ambient temperature was lower than 0 ℃, the internal resistance of the battery increased rapidly, the specific energy and specific power decreased rapidly, the start Performance of electrical vehicle would be effected. In order to make battery group operating normally,it was necessary to assemble a thermal barrier. The internal resistance of LiFePO4 Li-ion battery was higher, which would make internal temperature of battery group being higher during working. In order to guarantee the safety operating, the cooling system would be necessary.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2011(041)002【总页数】4页(P88-91)【关键词】动力电池;锂离子电池;放电容量;内阻;比能量;比功率【作者】桂长清【作者单位】中国船舶重工集团公司第712研究所,湖北武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TM912.9在装有锂离子电池组的电动汽车(EV)中,通常既要提供电池组的保温设施,又备有电池组的冷却系统。
磷酸铁锂电池低温性能怎么样？
磷酸铁锂电池低温性能怎么样？磷酸铁锂电池刚发明之初和其他锂电池一样，低温性能不是很好，但是经过时间和技术的发展积累，目前磷酸铁锂电池已经分出了常规高性能磷酸铁锂电池和专用低温磷酸铁锂电池，它们各自有自己的放电性能特点。
对于常规高性能磷酸铁锂电池来说，其低温性能不是很好，在-20℃以下基本丧失了放电能力，而在零度以上放电则保持良好的放电性能。
就国内新能源汽车使用的磷酸铁锂电池来说，在北方较冷的地区，如果没有配备自暖系统的话，汽车基本无法使用的。
就目前的磷酸铁锂电池技术发展来说，能做新能源汽车类型使用的动力型大电流放电的低温磷酸铁锂电池没有见到有哪家厂家可以做到，就算是国内比较出名的磷酸铁锂电池上市厂家生产的磷酸铁锂电池也没有，依然需要较先进的电池管理系统（BMS）配备上智能的自热系统，才能让新能源汽车在低温地区正常使用。
但是磷酸铁锂电池低温性能如果是在小电流放电方面，经过专用的电池材料配方进行生产制造的话，工作性能还是不错的，下面可以来了解一下关于格瑞普电池在低温磷酸铁锂电池性能方面的一些参数，看看目前市场低温磷酸铁锂电池的性能到底怎么样。
格瑞普低温磷酸铁锂电池性能参数：1、采用叠片工艺制造技术，内阻低；2、优良的低温工作性能：在-40℃下以0.5C放电，放电容量超过初始容量的65%；在-30℃下以0.3C放电，放电容量超过初始容量的75%；3、工作温度范围宽，-40℃至55℃；4、可在-20℃下充电；5、尺寸灵活，可根据客户需求对电池的尺寸和形状另行设计。
6、低温磷酸铁锂电池在-30℃温度下以0.2c放电的循环试验曲线，经过300个循环后，仍有90%以上的容量保持率。
磷酸铁锂低温电芯应用于多种低温环境作业的设备，比如在高寒地区的信号基站塔做备用电源、极地探险考察的电子设备、低温仓储AGV电源等。
磷酸铁锂低温双峰 -回复
磷酸铁锂低温双峰-回复磷酸铁锂低温双峰是指在低温下充放电过程中，磷酸铁锂电池放电曲线呈现出两个明显的电压峰值。
这个现象主要是由于磷酸铁锂正极材料表面的SEI膜与电解液之间的相互作用引起的。
下面将详细介绍关于磷酸铁锂低温双峰的原因和影响因素。
首先，我们需要了解磷酸铁锂电池的基本工作原理和组成。
磷酸铁锂电池是一种锂离子电池，正极材料为磷酸铁锂，负极材料为石墨，电解液为含有锂盐的有机溶液。
当电池充电时，锂离子从正极材料中脱嵌，并通过电解液中的电解质运动到负极材料中嵌入，实现电荷的储存。
当电池放电时，这个过程反转，锂离子从负极材料中脱嵌并回到正极材料中。
这个充放电反应是通过正、负极材料之间的离子传导和电子传导来完成的。
在正常温度条件下，磷酸铁锂电池的放电曲线在充放电过程中是平稳的，没有明显的电压峰值。
然而，在低温下，磷酸铁锂电池的放电曲线出现了两个电压峰值，即低温双峰。
这个现象主要是由于低温下电解液和SEI膜之间的相互作用引起的。
首先，低温下电解液的导电性降低，阻碍了锂离子的传导。
当电池放电时，锂离子很难通过电解液到达负极材料，导致电压上升并形成第一个峰值。
其次，SEI膜在低温下容易形成和增长。
SEI膜是由电解液中的磺酸盐和负极材料的反应产生的一层膜状物质，用于保护负极材料免受电解液的腐蚀。
然而，在低温下，SEI膜的形成和增长速度增加，导致了更多的锂离子在负极材料表面嵌入和脱嵌，从而形成了第二个峰值。
除了以上原因，还有一些其他因素也会影响磷酸铁锂低温双峰的形成。
首先是电池的负极材料和正极材料的性质。
负极材料的导电性和锂离子的嵌入/脱嵌速度会影响电池的性能，在低温下，这些性质可能发生变化。
正极材料的微观结构和锂离子的运动也会对低温双峰产生影响。
其次是电解液的性质，包括溶剂的种类和浓度，电解质的浓度等。
这些因素会改变电解液的导电性和SEI膜的形成速度。
最后，温度本身也是一个重要的因素。
较低的温度会降低电池内部反应的速率，导致电荷传输过程的阻碍，从而增加低温双峰的发生。
温度对磷酸铁锂电池性能的影响
温度对磷酸铁锂电池性能的影响孙庆;杨秀金;代云飞;周寿斌【摘要】主要从放电容量、放电中值电压、放电能量3个方面研究了低温阶段与高温阶段两阶段温度对磷酸铁锂电池性能的影响，同时还对比了低温（-20℃）充放电与常温充电、低温放电2种情况下放电容量，最后考察了48V180Ah电池组（15串）在充放电过程中电池组内不同区域的温度场分布情况。
实验结果表明：对于实验的样品，低温对电池影响较大，-20℃是其低温坎：高温下电池性能变化不明显，温度50℃以上电池性能开始下降，推荐使用温度范围O～50℃：常温充电相比低温充电其放电容量仅提升10％；电池组在使用过程中，最内部的单体与最外面的单体温度差异可达12℃。
【期刊名称】《电动自行车》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】6页(P22-27)【关键词】磷酸铁锂电池;性能;低温;高温;温度场【作者】孙庆;杨秀金;代云飞;周寿斌【作者单位】江苏华富控股集团有限公司;江苏华富控股集团有限公司;江苏华富控股集团有限公司;江苏华富控股集团有限公司【正文语种】中文【中图分类】TM911.4锂离子电池具有工作电压高（是镍镉电池、氢镍电池3倍）、比能量大（可达165 Wh/kg，是氢镍电池的3倍）、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无污染等众多优点。
在锂离子电池中，磷酸铁锂电池较被看好，这种电池虽然比能量不及钴酸锂电池，但是其安全性高，单体电池的循环次数能达到2000次，放电稳定，可快速充电且不含重金属无毒环保。
因此磷酸铁锂电池是目前被十分看好的锂离子电池，尤其是动力电池和储能这些对体积比能量要求不如手机电池那么高的领域。
虽然其具备了如此多的优点和优势，但是其推广的速度及应用领域的广度、深度却不尽如人意。
阻碍其快速推广的因素除了价格、磷酸铁锂材料自身的生产批次一致性等因素外，其温度性能也是重要原因。
此文考察了温度对磷酸铁锂电池性能的影响，同时考察了电池组在使用过程中各单体所处温度场情况。
磷酸铁锂 不同温度 放电曲线
磷酸铁锂（LiFePO4）电池是一种常见的锂离子电池，具有高放电电压评台、较高的循环寿命和较低的成本等优点，因此在电动车、储能系统等领域得到了广泛应用。
磷酸铁锂电池的放电性能受温度影响较大，不同温度下的放电曲线也有所不同，本文将对磷酸铁锂电池在不同温度下的放电曲线进行分析。
1. 低温下的放电曲线在低温环境下，磷酸铁锂电池的放电曲线常常呈现出以下特点：1）电压衰减较快：低温环境下，电池的内阻会增加，导致电池放电时电压衰减较快。
放电曲线的斜率会比较陡，整体曲线形状较为陡峭。
2）容量损失较大：低温环境下，电池的有效容量会显著下降。
由于电极反应速率减慢，部分锂离子难以嵌入/脱出磷酸铁锂晶格，使得电池的可用容量减少。
3）放电评台偏低：在低温环境下，磷酸铁锂电池的放电评台通常会偏向较低的电压，这也是由于电极反应速率减慢导致的结果。
2. 常温下的放电曲线在常温环境下，磷酸铁锂电池的放电曲线表现出以下特点：1）平稳的电压衰减：在常温环境下，电池的内阻相对较低，因此电压衰减较为平稳。
整体放电曲线的斜率较为温和，不会呈现出特别陡峭的形状。
2）较高的有效容量：在常温环境下，电池的有效容量相对较高，电极反应速率适中，可以更充分地利用电池的容量。
3）较高的放电评台：常温下，磷酸铁锂电池的放电评台相对较高，这有利于充分利用电池的能量。
3. 高温下的放电曲线在高温环境下，磷酸铁锂电池的放电曲线常常表现出以下特点：1）电压衰减较快：在高温环境下，电池内部的化学反应速率增加，导致电压衰减较快。
整体放电曲线呈现出斜率较大的特点。
2）较低的有效容量：高温环境下，电极反应速率过快会导致一部分锂离子无法完全嵌入/脱出磷酸铁锂晶格，使得电池的有效容量减少。
3）放电评台偏低：在高温环境下，磷酸铁锂电池的放电评台通常会偏向较低的电压，这也是由于电极反应速率过快导致的结果。
总结：在不同温度下，磷酸铁锂电池的放电曲线会出现不同的特点，这是由于温度对电池内部化学反应速率的影响所导致的。
磷酸铁锂低温双峰
磷酸铁锂低温双峰是指在低温条件下，磷酸铁锂电池的正极材料磷酸铁锂（LiFePO4）表现出两个明显的充放电峰。
这种双峰现象的原因在于，在低温条件下，锂离子在磷酸铁锂晶体结构中的扩散速度降低，导致锂离子的嵌入和脱出过程变得更加困难。
因此，当电池在低温下进行充电和放电时，需要更高的电压来驱动锂离子的嵌入和脱出，从而形成两个明显的充放电峰。
低温双峰现象对磷酸铁锂电池的性能有一定的影响。
首先，由于锂离子的扩散速度降低，电池的充电和放电速率会受到影响，可能导致电池的功率密度下降。
其次，由于需要更高的电压来驱动锂离子的嵌入和脱出，电池的能量密度也可能会受到一定的影响。
此外，低温双峰现象还可能导致电池在低温条件下的循环寿命缩短。
为了提高磷酸铁锂电池在低温条件下的性能，可以采取一些措施来缓解低温双峰现象的影响。
例如，可以优化电池的结构设计，提高锂离子的扩散速率；改进电池的制造工艺，提高电极材料的导电性和锂离子嵌入/脱出的可逆性；使用添加剂来改善电极材料的电化学性能等。
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影响磷酸铁锂电池低温性能的因素有哪些？
导电性差、锂离子扩散速度慢。
高倍率充放电时，实际比容量低，这个问题是制约磷酸铁锂产业发展的一个难点。
磷酸铁锂之所以这么晚还没有大范围的应用，这是一个主要的问题。
但是，导电性差目前已经得到比较完美的解决：就是添加C或其它导电剂。
目前在实际生产过程中通过在前驱体添加有机碳源和高价金属离子联合掺杂的办法来改善材料的导电性（A123、烟台卓能正采用这种方法），研究表明，磷酸铁锂的电导率提高了7个数量级，使磷酸铁锂具备了和钴酸锂相近的电导特性。
实验室报道当0.1C充放电时，可以达到165mAh/g以上的比容量，实际达到135-145mAh/g，基本接近钴酸锂的水平；但是锂离子扩散速度慢的问题到目前仍然没有得到较好的解决，目前采取的解决方案主要有纳米化LiFePO4晶粒，从而减少锂离子在晶粒中的扩散距离，再者就是掺杂改善锂离子的扩散通道，后一种方法看起来效果并不明显。
纳米化已经有较多的研究，但是难以应用到实际的工业生产中，目前只有A123宣称掌握了LiFePO4的纳米化产业技术。
振实密度较低。
一般只能达到0.8-1.3，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的很大缺点。
所有磷酸铁锂正极材料决定了它在小型电池如手机电池等没有优势，所以其使用范围受到一定程度的限制。
即使它的成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能小量的取代钴酸锂。
但这一缺点在动力电池方面不会突出。
因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。
磷酸铁锂电池低温性能差。
尽管人们通过各种方法（例如锂位、铁位、甚至磷酸位的掺杂改善离子和电子导电性能，通过改善一次或二次颗粒的粒径及形貌控制有效反应面积、通过加入额外的导电剂增加电子导电性等）改善磷酸铁锂的低温性能，但是磷酸铁锂材料的固有特点，决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。
一般情况下，对于单只电芯（注意是单只而非电池组，对于电池组而言，实测的低温性能可能会略高，这与散热条件有关）而言，其0℃时的容量保持率约60～70％，-10℃时为40～55％，-20℃时为20～40％。
这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。
当前一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能和改善电芯结构设计等使磷酸铁锂的低温性能有所提升，但还未真正满足需求。
电池存在一致性问题。
单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000次，但电池组的寿命会大打折扣，有可能是500次。
因为电池组是由大量单体电池串并而成，其工作状态好比一群人用绳子绑在一起跑步，即使每个人都是短跑健将，如果大家的动作一致性不高，队伍就跑不快，整体速度甚至比跑得最慢的单个选手的速度还要慢。
电池组同理，只有在电池性能高度一致时，寿命发挥才能接近单体电池的水平。
而在现有的条件下，由于种种原因，制作出来的电池一致性不佳，进而影响到电池的使用性能和整体寿命，因此应用在动力汽车上存在一定障碍。
影响电池产品一致性的因素主要有三点：
1）原材料的品质：特别是磷酸铁锂材料系新生事物，其制造设备、合成工艺都不安全成熟、品质易出现波动，导致电池产品一致性受到影响。
2）生产环境：磷酸铁锂电池做诶一个化工原料众多、工艺繁杂的高科技产品，其生产环境对温度、湿度、粉尘等都有很高的要求，如果没有控制到位，电池品质将出现波动。
3）制造设备：生产过程中手工的成分越少、设备自动化程度越高，电池一致性越好。
因此，磷酸铁锂电池要做到一致性好，关键是：1）原材料的把握；2）精密的电池生产设备；3）对工艺制作及流程的关键位有精细的控制模式；还有重要一点的是，配料过程的控制，特别是浆料的均匀一致性特别重要，在每个步骤都要做到充分均匀。
也就是说，只要生产工艺实现标准化，磷酸铁锂电池的一致性问题可以得到有效解决。
制造成本高。
磷酸铁锂具有安全性、环保性、循环次数高等优点是毋庸置疑的，但目前的制造成本相对铅酸电池、锰酸锂电池要高，主要是工艺和技术方面的原因，致使材料的产能和良率不高。
但通过合适的制备设备、制备工艺和元素掺杂的方法，这一问题可以得到有效解决。
LiFePO4活性材料粒径的大小对电池的低温放电性能影响较大。
粒径减小，一方面锂离子在LiFePO4材料内部扩散路径减小，另一方面材料的活性比表面积增大，电化学反应活性增加，因此，小粒径的LiFePO4电池在-30℃以低倍率放电时中点电压高于大粒径的LiFePO4电池。
但是，当电池在低温大倍率放电时，颗粒与颗粒之间的接触电阻会成为影响电池低温放电性能的主要因素[5]，与大粒径的LiFePO4材料相比，小粒径的LiFePO4材料其颗粒与颗粒之间的接触点数量增加，电阻亦会增加，因此小粒径的LiFePO4电池的低温大倍率放电中点电压反而低于大粒径的LiFePO4电池。