關(guān)鍵詞：磷酸鐵鋰；鋰離子動(dòng)力電池；正極
橄欖石型結(jié)構(gòu)的磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）具有材料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜、理論比容量較高（約170 mAh/g）、理論比能量較高（約550 Wh/kg）、熱穩(wěn)定性好、無(wú)吸濕性[1-3]、環(huán)境友好、充放電循環(huán)性能優(yōu)異、原材料價(jià)格低廉以及良好的安全性等優(yōu)點(diǎn)[4, 5]，成為當(dāng)前鋰離子二次電池材料研究的熱點(diǎn)，而且最有希望代替目前廣泛使用的鈷酸鋰電極材料。
1、實(shí)驗(yàn)
1.1 電池組裝
按照工藝條件要求分別將一定比例的正極材料磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑，以及負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑分別攪拌一定的時(shí)間至完全分散后，均勻的涂布在集流體上，干燥后軋膜分切；卷繞時(shí)將隔膜插在正負(fù)極片中間將兩者完全隔離，制成卷芯，并將5個(gè)卷芯并聯(lián)后裝入鋼殼中，激光焊封口，真空干燥后，注入電解液，最后再將注液孔密封，制得待活化的方形鋰離子電池。本文所組裝的電池型號(hào)均為214867（實(shí)際尺寸為20.8mm×48.3mm×66.8mm）。
1.2 電池性能測(cè)試
電化學(xué)性能測(cè)試采用新威CT-3008W-S1高精度電池性能檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試?；晒ば虿捎瞄L(zhǎng)沙杉杉動(dòng)力電池有限公司的化成工藝流程，所有電化學(xué)性能實(shí)驗(yàn)都在化成后完成。高溫循環(huán)性能在DHG-9101-1SA型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，溫度恒定為55±5℃的條件下測(cè)試。在室溫條件下對(duì)電池進(jìn)行循環(huán)性能測(cè)試，循環(huán)充放電電流均為1/3C。不同倍率放電實(shí)驗(yàn)中，電池均按0.2C充電后再按不同的倍率放電，放電截至電壓為2.2V。
電池安全性能測(cè)試采用自制的測(cè)試裝置并具有一定安全保護(hù)的條件下完成。
2、結(jié)果與討論
2.1 循環(huán)性能測(cè)試
為了考察LiFePO4電池在不同溫度下的循環(huán)性能，對(duì)實(shí)驗(yàn)電池做了常溫及高溫循環(huán)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果對(duì)比曲線如圖1，可以看出，常溫循環(huán)性能略?xún)?yōu)于高溫循環(huán)性能。常溫循環(huán)300次時(shí)的放電容量4469.6mAh，容量保持率達(dá)94.63%。高溫循環(huán)300次時(shí)的放電容量4366.1mAh，容量保持率為91.81%。電池的高溫循環(huán)性能較為優(yōu)異，這可能是由于在高溫循環(huán)時(shí)，Li+在較高的溫度下具有較大的擴(kuò)散活化能，電池中的電化學(xué)反應(yīng)阻抗減小，致使Li+在正負(fù)極之間嵌入和脫出的阻力明顯降低[6, 7]，并且LiFePO4在較高的溫度下具有良好的穩(wěn)定性[8]。
2.2 不同放電倍率性能測(cè)試
由圖2可以看出電池在不同倍率放電的時(shí)候，隨著放電電流的增大，放電平臺(tái)略有下移，這是由于放電時(shí)電流越大，電池中產(chǎn)生的極化越大。在充放電過(guò)程中，為保持電荷平衡，電子的遷移必然伴隨Li+的嵌入或脫出。若電子不能及時(shí)導(dǎo)入或?qū)С?，富集的電子將通過(guò)極化效應(yīng)反過(guò)來(lái)限制Li+的嵌入和脫出，從而限制了電池容量的發(fā)揮。
由于實(shí)驗(yàn)電池采用了新工藝配方，在高倍率放電過(guò)程中產(chǎn)生的極化較小，放電容量也得到了很好的發(fā)揮，由表1可以看出，相對(duì)于電池0.1C時(shí)的放電容量，2C放電容量保持率為92.28%。
2.3 常溫儲(chǔ)存性能測(cè)試
將電池充滿(mǎn)電后在常溫下擱置28天，測(cè)試電池?cái)R置前后的放電容量，以考察電池的自放電率。圖3所示為電池在儲(chǔ)存前后放電容量曲線對(duì)比。擱置前電池0.2C放電容量為4682.3mAh，電池重新充滿(mǎn)電后在常溫?cái)R置28天，測(cè)試0.2C放電容量為4556.8mAh，容量保持率為97.32%，由此可以看出磷酸鐵鋰電池在常溫下具有優(yōu)異的儲(chǔ)存性能。
2.4 安全性能測(cè)試
磷酸鐵鋰電池最突出的優(yōu)點(diǎn)就是高安全性能，這是鈷酸鋰和鎳酸鋰等正極材料無(wú)法比擬的，我們也對(duì)實(shí)驗(yàn)電池進(jìn)行了苛刻的安全性能測(cè)試。
針刺：實(shí)驗(yàn)電池0.2C充滿(mǎn)電后，在20℃±5℃條件下擱置1h。用φ3mm的鋼釘從垂直于蓄電池極板的方向迅速貫穿（鋼針停留在蓄電池中）。電池未爆炸，未起火，表面最高溫度為105℃。
短路實(shí)驗(yàn)：電池0.2C充滿(mǎn)電后在20℃±5℃條件下擱置1h。用電阻≦100mΩ的自制短路裝置將電池經(jīng)外部短路，至電池外面溫度不高于環(huán)境溫度10℃為止。測(cè)試結(jié)果電池未起火，未爆炸，表面最高溫度為108℃。
過(guò)充電實(shí)驗(yàn)：在20℃±5℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行。電池先以1I5（A）電流放電至終止電壓，連接電池正負(fù)極于直流電源，調(diào)節(jié)電源輸出電流至15I5（A），輸出電壓不低于10V，持續(xù)充電7h或者電池電壓不再增加。測(cè)試電池均未起火、未爆炸。
3、結(jié)論
所制備的磷酸鐵鋰電池具有較為優(yōu)異的常溫及高溫循環(huán)性能，倍率性能和儲(chǔ)存性能良好，同時(shí)磷酸鐵鋰電池也具有高安全特性。LiFePO4以其價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好、循環(huán)性能優(yōu)良、安全性能突出等優(yōu)點(diǎn)而成為最具應(yīng)用潛力的新一代鋰離子電池用正極材料，在鋰離子動(dòng)力電池中將有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] PROSINI P P, ZANE D, PASQUALI M. Improved electrochemical performance of a LiFePO4-based composite cathode[J]. Electrochemica Acta, 2001, 46(23): 3517-3523.
[2] 劉恒, 孫紅剛, 周大利, 等. 改進(jìn)的固相法制備磷酸鐵鋰電池材料[J]. 四川大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 36(4): 74-77.
[3] 曲濤, 田彥文, 翟玉春. 鋰離子電池正極材料LiFePO4的發(fā)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2004, 18(2): 75-78.
[4] 黃學(xué)杰. 鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰研究進(jìn)展[J]. 電池工業(yè), 2004, 9(4): 176-177.
[5] HUANG Xiao-wen, SHI Peng-fei. Studies on Electrochemical Property of LiFePO4/C as Cathode Material for Lithium Ion Batteries[J]. Chem. Res. Chinese U. 2006, 22(1): 73-74.
[6] 盧俊彪, 唐子龍, 樂(lè)斌, 等. 鋰離子電池正極材料LiFePO4的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的研究[J]. 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 26(11): 2094-2095.
[7] DELACOURT C, WURM C, LAFFONT L, et al. Electrochemical and electrical properties of Nb-and/or C-containing LiFePO4 composites[J]. Solid State Ionics, 2006, 177: 339-340.
[8] 米常煥, 曹高劭, 趙新兵, 等. 碳包覆LiFePO4的一步固相法制備及高溫電化學(xué)性能[J]. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 21(4): 558-560.
