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松下蓄电池介绍磷酸铁锂材料的首次容量损失
来源:王泽龙 182 1045 0914时间:2016-12-14 10:31:54
LiFeP04材料的首次容量损失相对较大,松下蓄电池原因是LiFeP04材料的充放电过程主要受控于锂离子固相扩散步骤。放电过程中,锂离子的嵌入过程是从颗粒表面向两相界面LiFeP04/FeP04的迁移过程,随着锂化的进行,界面的面积逐渐减小,当穿过单位界面面积的锂的转移速率恒定时,就会达到一个临界界面面积。此时穿过界面的总的锂离子的转移速率就不足以再维持原有的电流,电池的性能受锂寓子的扩散控制。电流越大,需要的总临界面积就越大,因此在电池性能成为扩散控制步骤之前,LifeP04中的x越小,电池的容量也越小,可逆容量损失越大。因此,只有在非常小的电流或高温时LiFeP04才能达到理论容量。大倍率充放电过程时,随着LiFeP04/FePOn界面的面积不断减小,能通过界面的锂速率不足以维持那么大的电流,就会导致可逆容量的衰减。由此可知,大电流密度时小尺寸晶粒才有更多的锂可逆地嵌脱,表现出好的倍率性能。
上述解释说明了LiFePO4容量损失的主要原因,由此提出了锂离子在LiFcP04微粒中嵌脱的两种机理,一种称为放射模型,如图4-2(a)所示,
放射模型认为,对一个磷酸亚铁锂颗粒而言,在第一次充电的时候,并没有完全转变成磷酸铁,即只有靠近表面的一部分磷酸亚铁锂转变成磷酸铁,剩余的磷酸亚铁锂被包裹在磷酸铁中,称之为刁;活跃的磷酸亚铁锂(1nactiveLiFeP04)。在放电时,只有靠近表面的磷酸铁转化为磷酸亚铁锂,结果形成一个位于颗粒中心的不参加电化学反应的区域。这就造成了容量损失。马赛克模型认为,对一个磷酸亚铁锂颗粒而言,可能是一个二次颗粒,在二次颗粒中存在更小的一次颗粒,因此在充电的时候,会形成许多分散于颗粒中的不活跃的磷酸亚铁锂区域,并且,这些区域的表面会形成无定形薄膜,阻止它们在以后的循环中参加电化学反应:而在放电时,会有一部分磷酸铁锂转化为磷酸亚铁锂。这两种模型都较好阐释了锂离子在LiFePOn中的嵌入与脱出过程,松下蓄电池并合理地解释了首次充放电过程中的不可逆容量损失。