以磷酸铁锂(LiFePO4)为正极材料的锂离子二次电池具有安全、无污染、价格便宜、寿命长等优点,是新一代锂离子电池发展的方向.磷酸铁锂晶格稳定性好,锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大,因而具有良好的可逆性,磷酸铁锂电池1C充放电循环寿命可达次以上,单节电池过充电压30V不燃烧,穿刺不爆炸,具有优异的安全性能和循环寿命,是其它材料所无法比拟的,在储能电池和汽车动力电池方面具有诱人的应用前景.磷酸铁锂电池的研究报道已有很多,但这些报道大多是研究磷酸铁锂材料的制备及包覆方法[8～12].例如,Zhang等[13]采用超临界二氧化碳作为溶剂合成了碳包覆的LiFePO4,该材料的0.1C放电容量可达mAh/g.Qian等[14]通过无模板水热方法合成了介孔LiFePO4微球,该材料的压实密度可达1.4g/cm3,10C容量为mAh/g.然而,关于电池充放电过程中热效应的研究则相对很少.汽车动力电池是由单体电池组合而成的巨大电池组,对大电流充放电有较高要求,其内部散热条件要求远高于常规手机电池.
如果电池在充放电过程中产生热量过大又不能及时散发,将导致温度不断升高,影响电池的正常工作甚至造成安全事故.因此,十分有必要对磷酸铁锂电池在充放电过程中的热效应进行研究.本文中,我们以型磷酸铁锂电池为例,系统地研究了电池在绝热、隔热和自然散热条件下充放电过程的热效应,为磷酸铁锂电池在电动汽车方面的应用打下基础.
型磷酸铁锂电池的制备
以LiFePO4为正极材料,PVDF为黏结剂,乙炔黑为添加剂制作正极极片.先将PVDF溶解在NMP中,再加入LiFePO4和乙炔黑充分搅拌混合均匀,然后将浆料均匀涂布在铝箔上.负极极片以天然石墨为材料,涂布的基体为铜箔,制作方法同正极极片.将极片进行烘干、压片、裁片、卷绕、注液后,组装成型(直径18mm,高度65mm的圆柱形)的锂离子电池.经测量电池重量为38.32g,容量为mAh.