前不久,比亞迪宣布將旗下大部分在售純電動、混動車型的動力電池單元更換為安全性能更出色的磷酸鐵鋰刀片電池,標志著以磷酸鐵鋰為電芯材質的動力電池技術或將再次成為新能源汽車的主流選擇。
然而在我國北方,冬季寒潮帶來的持續性低溫一直都是阻礙電動車推廣的重要因素,更是動力電池行業發展的一塊心病。攻克動力磷酸鐵鋰電池的耐低溫問題,一直是業內技術重點發展方向之一。
磷酸鐵鋰電極的材料特性
正極材料是鋰離子電池的關鍵部分,必須滿足容量高、穩定性強以及毒性低等要求。與其它正極材料相比,LiFePO4(磷酸鐵鋰)電極材料具有理論比容量較高、工作電壓穩定、結構穩定、循環性好、原料成本低和環境友好等優點。因此該材料是一種較為理想的正極材料,被選作動力電池的主要正極材料之一。
由于磷酸鐵鋰正極本身電子導電性比較差,低溫環境下容易產生極化,從而降低電池容量;受低溫影響,石墨嵌鋰速度降低,容易在負極表面析出金屬鋰,如果充電后擱置時間不足而投入使用,金屬鋰無法全部再次嵌入石墨內部,部分金屬鋰持續存在負極的表面,極有可能形成鋰枝晶,影響電池安全。
低溫環境下,鋰電池性能下降的重要原因之一是電極界面處的阻抗增加和離子擴散速率降低。LiFePO4表面包覆導電層可以有效降低電極材料間的接觸電阻,從而提高低溫下離子進出LiFePO4的擴散速率,使用兩種碳質材料(無定形碳和碳納米管)包覆LiFePO4,改性后的陽極材料具有出色的低溫性能,在-25℃放電時容量保持率約為71.4%。EIS分析發現,這種性能的改善主要是因為LiFePO4電極材料的阻抗降低。
碳包覆或將改變
磷酸鐵鋰“懼寒”現狀
新型多碳源技術用于提高碳包覆層的石墨化程度,利用含有碳源的金屬元素形成金屬摻雜碳包覆層,能有效提高LiFePO4的導電效率和電化學性能。初步試驗利用提前制備的公斤級試驗樣品,制作成2Ah的軟包電池,然后循環充放電3000次以上來研究長期循環性能。
當木質素磺酸鈣被用作碳源之一時,在LiFePO4顆粒表面形成摻雜鈣的一層薄碳,可以減少LiFePO4與電解質的副反應,提高電極的穩定性。此外,木質素磺酸鈣熱解后的殘碳層中可能存在大量的羥基、羰基、羧基和甲基等活性官能團,有利于電解質滲透到電極中。與固相法制備的LiFePO4/C復合材料相比,水熱法制備的LiFePO4/C復合材料具有優異的倍率性能、循環壽命和低溫性能,能大幅優化磷酸鐵鋰電池的充放電特性。
另外,離子摻雜方法可以在LiFePO4電極的石晶格結構中形成空位,促進了鋰離子在材料中的擴散速率,從而提高LiFePO4電池的電化學活性。通過溶液浸漬工藝合成了鑭和鎂摻雜的石墨氣凝膠復合電極材料,該材料在低溫下表現出優異的電化學性能,電化學阻抗實驗結果表明,這種優異性主要歸因于離子摻雜和石墨氣凝膠涂層提高了材料的電子電導率。
目前,電極包覆工藝是通過簡單的電沉積(ED)工藝在LiFePO4材料的表面涂覆Sn納米顆粒來實現的,SEM與EIS分析表明,Sn涂層提高了LiFePO4顆粒之間的接觸,在低溫下材料具有更低的電荷轉移電阻和更高的鋰擴散速率。Sn涂層提高了LiFePO4/C電池在低溫下的比容量、循環性能和倍率性能。此外,將摻雜鋁的氧化鋅(AZO)作為導電材料,涂覆在LiFePO4電極材料的表面。電化學測試結果表明,AZO涂覆也可以大大提高LiFePO4的倍率性能和低溫性能,這是由于導電AZO包覆增加了LiFePO4材料的電導率。
車叔點評
改善磷酸鐵鋰電池低溫性能不足的方法有很多種,而文中出現的陽極離子包覆技術以及電解液離子摻雜技術目前是投入成本最低,效果最好的兩種方法,這兩種技術在原理上有一定的共通性,這無疑能大幅降低電池技術綜合研發成本,為磷酸鐵鋰電池的發展提供了可行的商用化道路。?
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史海拾趣
Fong Ya Enterprise Co., Ltd在電子行業中的發展故事
故事一:初創與基礎奠定
Fong Ya Enterprise Co., Ltd(以下簡稱“豐雅企業”)成立于某個時期(具體年份可能因資料限制而未知),自那時起便致力于電子元件領域,特別是電阻器的研發與生產。初期,公司面臨著市場競爭激烈、技術壁壘高等挑戰,但憑借對電子技術的深刻理解和對市場需求的敏銳洞察,豐雅企業逐步確立了自身的產品定位,即專注于高品質、高性能的電阻器產品。通過不斷優化生產工藝和提升產品質量,豐雅企業在電子行業逐漸站穩了腳跟。
故事二:技術創新與產品研發
隨著電子行業的快速發展,豐雅企業深刻認識到技術創新的重要性。公司加大了對研發的投入,引進了一批高素質的技術人才,并建立了完善的研發體系。通過不斷的技術創新,豐雅企業成功開發出了一系列具有自主知識產權的新型電阻器產品,這些產品不僅性能優越,而且滿足了市場對電子元器件日益多樣化的需求。同時,公司還積極與國內外知名高校和科研機構開展合作,共同推動電子元件技術的進步。
故事三:市場拓展與國際化戰略
在穩固國內市場的同時,豐雅企業積極實施國際化戰略,將目光投向了更廣闊的國際市場。公司參加了多個國際性的電子展會,與全球各地的客戶建立了良好的合作關系。通過提供優質的產品和服務,豐雅企業在國際市場上贏得了良好的口碑和信譽。此外,公司還根據不同國家和地區的市場特點,制定了差異化的營銷策略,進一步擴大了市場份額。
故事四:供應鏈管理優化
為了提高生產效率和降低成本,豐雅企業不斷優化供應鏈管理。公司與多家優質供應商建立了長期穩定的合作關系,確保原材料的質量和供應的穩定性。同時,公司還引入了先進的供應鏈管理系統,實現了對生產、采購、庫存等各個環節的精細化管理。通過優化供應鏈管理,豐雅企業不僅提高了生產效率,還降低了運營成本,為企業的可持續發展奠定了堅實的基礎。
故事五:品牌建設與企業文化
在多年的發展過程中,豐雅企業始終注重品牌建設和企業文化建設。公司堅持“質量第一、客戶至上”的經營理念,致力于為客戶提供優質的產品和服務。同時,公司還注重培養員工的創新精神和團隊協作精神,營造了積極向上的企業文化氛圍。通過品牌建設和企業文化的推動,豐雅企業在電子行業中的知名度和影響力不斷提升,為企業的長遠發展注入了強大的動力。
需要注意的是,由于具體年份和詳細數據的限制,以上故事在描述時可能存在一定的概括性。然而,這些故事都基于豐雅企業在電子行業中的實際發展情況而構建,旨在展現其在技術創新、市場拓展、供應鏈管理和品牌建設等方面的努力和成就。
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