10Ah LiFePO4锂离子电池高低温性能研究
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（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓ嘶ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６５１０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃ以扣ｍ缸ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｒｉｖｅｒｓｉｄｅ，ＣＡ ９２５２１，ＵＳＡ ｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：“ＦｅＰ０４ ｗａｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ａｔ ７００℃．ＬｉＦｅＰ０４ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ．ＳＥＭ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ ４２１ １０ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ＨＦｅＰ０４ ａｓ ｃａｔｈｏｄｅ ｗａｓ ｌｏｗ，ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｗａｓ ｈｉｇｈ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｌｏｗ
图２ ＵＦｅＰ０４的形貌图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ＳＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ ＬｉＦｅＰ０４
万方数据
电池工业
集中在提高锂离子在晶体中的扩散速度，办法之一 是减少ＬｉＦｅＰＯ。的晶粒及颗粒尺寸。较小的颗粒及晶 粒尺寸可以有效提高ＵＦｅＰＯ。材料的比容量，但是却 是以牺牲电池整体的能量发挥为代价，因此，在实际 以ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料的动力电池制作过程中，要选 择合适的ＬｉＦｅＰＯ。晶粒及颗粒尺寸。 ２．３电池充放电容量和效率随温度的变化
由于动力电池要在不同的环境中工作，必须满 足不同的环境要求，特别是高、低温性能，是动力电 池的关键性能。图３是以ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料的 ４２１１０型圆柱形锂离子电池在一２０—５５℃性能测试 曲线。由图３可见，在一２０℃时，锂电池充电容量为 １１ ７７１ ｍＡｈ，放电容量为７ ５７０ ｍＡｈ；在一ｌＯ℃时，电 池充电容量为ｌｌ ２４７ ｍＡｈ，放电容量９ ７１９ ｍＡｈ；当 温度升高至０ ｏＣ时，电池充电容量为１１ ２７１ ｍＡｈ，放 电容量为１０ ８９１ ｍＡｈ；当温度在１０℃时，电池充电 容量为１１ ７７８ ｍＡｈ，放电容量为１１ ７７３ ｍＡｈ；当温 度在２３℃时，电池充电容量为１１ ７７８ ｍＡｈ，放电容 量为１１ ７７３ Ａｈ；５５℃时，电池充电容量为１１ ７８９ ｍＡｈ，放电容量为１ｌ ８１３ ｍＡｈ。从充电容量来看，电 池的性能都满足了设计要求，当使用温度为０ ｏＣ时， 电池的放电容量已经接近电池的设计要求。温度对 于放电容量产生了很大影响，随着测试温度的提高， 电池放电容量增加。
原料经球磨机混合均匀后，在氮气气氛中分别 于７００ ｏＣ下合成１２ ｈ，随炉冷却，制得样品１４１。制作以 ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料、型号为４２１１０的圆柱形电池， 设计电池容量为１０ Ａｈ［５１。
样品的表征在德国ＢＲＵＫＥＲ公司生产的 Ｄ８ＡＤＶＡＮＣＥ型转靶Ｘ射线衍射仪上进行，以Ｃｕ Ｋｃｔ作为射线源，通过步进扫描方式测取１００－７００数 据，扫描停留记录时间为１ ｓ，记录步长为０．０２。，管 压４０ ｋＶ，管流５０ ｍＡ。 １．２电池充放电性能测试
电池工业
ｌＯＡｈ ＬｉＦｅＰ０４锂离子电池高低温性能研究
谷亦杰‘ｚｐ，孙先富４，李兆龙‘，徐小明５，陈永种１，黄小文１，蒋华峰５，李宝玉５ （１．山东科技大学材料学院，山东青岛２６６５１０；２．Ｄｅｐｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｒｉｖｅｒｓｉｄｅ，ＣＡ ９２５２１，ＵＳＡ；３．青岛澳柯玛集团有限公司新能源材料研发中心，山东青岛２６６５１０； ４．山东海霸集团有限公司，山东枣庄２７７０００；５．安徽国轩高技术能源有限公司，安徽合肥２３００１１）
方向为能源材料与Ｙｉ能－ｊ源ｉｅ（转１９换７２。－）Ｉｍａｌｅ，ｄｏｃｔｏｒ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ．
近几年来，随着改善ＬｉＦｅＰ０４导电性的方法研究 的 口Ｙ深 环八入’，该 忧大类们材１叮料ｏ的 ，可导吧电ｌ工性。已心达六实 厂乃用７Ｊ水、平Ｉ 而ｌＩＩＪ 受ｘ≯到ｏ人 “
，ｍａｌＢｉｏｇｒａｐｈｙ：ＧＵ
１０
２０
３０
４０
５０
２０／（ｏ）
６０
７０
图１ ＬｉＥＧｅＯ。结构精修图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ Ｒｉｅｔｖｅｌｄ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＸＲＤ
ｆｏｒ ＬｉＦｅＰ０４ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｎｎｍ
表１ ＬｉＦｅＰＯ。精修结构参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｉｅｔｖｅｌｄ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＬｉＦｅＰ０４
图４ ４２１ １０圆柱电池放电效率随温度变化趋势 Ｆｉｇ．４ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ—ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ４２１ １０ ｂａｔｔｅｒｙ ｗｉＵｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
图３ ４２１ １０圆柱电池高低温充放电性能 Ｆｉｇ．３’１１ｌｅ ｃｈａｒｇｅ／ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ４２１１０ ｂａｔｔｅｒｙ ａｔ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
虽然ＬｉＦｅＰＯ。具有非常良好的电化学特征，但 是要获得具有良好电化学性能的电池并不容易，需 要严格控制制备工艺。对于动力电池，高低温性能是 其关键的性能之一，本文作者对以固相法合成的 ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料的动力电池在不同测试温度条 件下的电化学性能进行了研究。
２结果及讨论 ２．１样品的ＸＲＤ分析
图４为该型电池的充放电效率，用Ｎ表示，定义
＾ｋ釜詈籍，随着温度的提高，充放电效率也提高，
充放电效率从－２０℃的６４％增加到５５℃的１００％，其 中在０℃时，充放电效率已经达到９６％。
图５ ４２１１０圆柱电池放电均压与测试温度关系曲线 Ｆｉｇ．５ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｖｏｌｔａｇｅｓ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｆ ４２１１０ ｂａｔｔｅｒｙ
万方数据
电池工业
谷亦杰，等：ＬｉＦｅＰＯ。锂离子电池高低温性能研究髟么勿绝跏．乃■形形．殇旃ｊ勿
们极大的关注【１－２１。Ｔｈａｃｋｅｒａｙｔｌ】认为ＬｉＦｅＰ０４的发现， 标志着“锂离子电池一个新时代的到来”。经过１０多 年对橄榄石型结构ＬｉＦｅＰＯ。的不断改进和研究，该材 料已经具备进入市场化的技术条件，ＬｉＦｅＰＯ。作为正 极材料的锂离子电池是电动汽车最有前景的动力电 源之一ｆ３】。
图１为７００ ｏＣ合成的ＬｉＦｅＰＯ。样品Ｘ射线衍射 结构精修图。所有的Ｘ射线衍射图中的峰都可以用正 交结构来表征，晶胞参数及其精修偏差因子见表ｌ。
１ 实验方法 １．１ 样品的合成和表征
以草酸亚铁（ＦｅＣ２０４·２Ｈ２０）、碳酸锂（Ｌｉ２Ｃ０３）和 磷酸氢二铵（（ＮＨ４）：ＨＰＯ。）为原料，在氮气气氛保护 下，采用高温固相反应法制备“ＦｅＰＯ。材料。按物质 的量比１：１：Ｏ．５，分别称取一定量的ＦｅＣ２０。－２ Ｈ２０、 （ＮＨ４）：ＨＰＯ。和Ｌｉ：ＣＯ，，加入适量的蔗糖（蔗糖炭化后， 碳占整个物质质量的３％）。
谷亦杰，等：ＬｉＦｅＰＯ．锂离子电池高低温性能研究
编如弛ｊ览即蜴秒．彩∥ｏ勿
表２ ４２１１０圆柱形电池在２３℃电池性能 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ４２１１０ ｂａｔｔｅｒｙ ａｔ ２３ ｏＣ
项目 放电容量／ｍＡｈ
电池质量／ｇ 电池内阻／ｒａｆｔ ＬｉＦｅＰＯｄＣ／ｇ ＬｉＦｅＰ０４容量／ｍＡｈ·ｇ－１ 电池比能量／Ｗｈ－ｋｇ－１
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ １ ０ Ａｈ ＬｉＦｅＰ０４ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ
ＧＵ Ｙｉ—ｊｉｅＩ，工３．，ＳＵＮ Ｘｉａｎ—ｆｕｌ，ＬＩ Ｚｈａｏ—ｌｏｎ９１，ＸＵ Ｘｉａｏ—ｍｉｎ９４，
ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ—ｃｈｏｎ９１，Ｈｕａｎｇ Ｘｉａｏ－ｗｅｎｌ，ＪＩＡＮＧ Ｈｕａ—ｆｅｎｓ，Ｕ Ｂａｏ—ｙｕ５
摘要：采用固相法合成了具有橄榄石型结构的ＬｉＦｅＰ０４晶体，合成温度７００℃。采用ＸＲＤ结构精 修、ＳＥＭ和电化学方法对合成的ＬｉＦｅＰ０４进行了研究。研究发现，采用多层卷绕４２１１０圆柱ＬｉＦｅＰｏ· 锂离子电池具有内电阻低、比容量高的特点。随着测试温度的变化，电池放电容量增加．放电效率提 高。相对于低温测试条件，随着温度的提高，４２１１０圆柱电池放电均压提高。 关键词：ＬｉＦｅＰＯ。；锂离子电池；１０Ａｈ圆柱电池；高低温性能 中图分类号：ＴＭ９１２．９文献标志码：Ａ文章编号：１００８－７９２３（２００９）０４－０２２３－０４
电池的充放电性能测试在深圳路华检测柜ＲＦ— Ｃ系列高精度电池化成分容系统以及无锡精创科技 有限公司ＧＤＷ一系列高低温试验箱上完成。采用恒 流限压和恒压限流的充电测试方案，电池按照５ Ａ 电流恒流充电至３．８５ Ｖ，然后恒压，待电流降至１００ ｍＡ时停止充电。
在研究不同温度对电池性能的影响时，２３℃下 充电，电池按照５ Ａ电流恒流充电至３．８５ Ｖ，然后恒 压，待电流降至１００ ｍＡ时停止充电，然后分别对电 池按照不同温度放电，０．５ Ｃ（５ Ａ）进行恒流放电，下 限电压２．００ Ｖ。
采用专利的方法ｆ卅制作动力电池，可以有效降低 电池的内阻，提高ＬｉＦｅＰＯｔ的使用效率。表２为采用 专利方法制作的４２１ １０圆柱电池在２３℃时的性能。 该电池内阻低，ＬｉＦｅＰＯ。比容量高，电池的放电比容 量已达１４５ ｍＡｈ／ｇ。
３结论 ①随着测试温度的提高，以ＬｉＦｅＰＯ。为正极材
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Hale Waihona Puke Baidu
电池工业
ｉ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｒｅ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ａｎｃｍａ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６５１ Ｄ，Ｃｈｉｎａ； ４ Ｈｉｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚａｏｚｈｕａｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２７７０００，Ｃｈｉｎａ；
５．Ｈ币ｔ Ｇｗｕａｎ Ｈｉｇｈ－ｔｅｃｈ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．。Ｌｔｄ．，Ｈｅｆｅｉ，Ａｎｈｕｉ ２３００１１，Ｃｈｉｎ，，）
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬｉＦｅＰ０４；Ｈ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ；ｌＯＡｈ ｂａｔｔｅｒｙ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｔ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
收穑日期：２００８—１２嘶
基金项目：高等学校基础学科专项建设基金项目（２００７０２）和山东 省留学基金项目（２００７） 作者简介：谷亦杰（１９７２一），男。ｍｉｃｒａ。博士，教授；主要研究
参数
ａ／Ａ
ｂ／Ａ
。
ｃ／Ａ ａ／ｂ ｂ／ｃ Ｒ。／％ Ｒ。，，％
数值 １０．３２３ ６．００５ ４．６９２ １．７１９ １．２７９ ９．４５ １３．８９
２．２样品的ＳＥＭ分析 图２为ＬｉＦｅＰＯ。的形貌图，在合成过程中可能由
于合成条件原因，晶粒大小比较均匀，小的大约为 ５００ ｎｍ左右，大的大约为３斗ｍ左右。由于ＬｉＦｅＰ０４ 具有较低的锂离子扩散速率，因此，目前的研究重点
２．４电池放电电压随温度的变化 放电电压是电池性能测试中非常重要的指标之
一。图５是以ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料的４２１１０圆柱电池 在一２０～５５℃放电电压性能。在一２０℃时，电池放电 均压为２．６２ Ｖ，当温度提高至一１０℃时，电池放电均 压为２．７５ Ｖ，当温度增加至０℃时，电池放电均压为 ２．８８ Ｖ，当温度在２３℃时，电池放电均压为３．０７ Ｖ． 当温度在５５℃时，电池放电均压为３．１ｌ Ｖ。可见，随 着温度的增加，电池放电均压提高。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：“ＦｅＰ０４ ｗａｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ａｔ ７００℃．ＬｉＦｅＰ０４ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ．ＳＥＭ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ ４２１ １０ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ＨＦｅＰ０４ ａｓ ｃａｔｈｏｄｅ ｗａｓ ｌｏｗ，ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｗａｓ ｈｉｇｈ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｌｏｗ
图２ ＵＦｅＰ０４的形貌图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ＳＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ ＬｉＦｅＰ０４
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集中在提高锂离子在晶体中的扩散速度，办法之一 是减少ＬｉＦｅＰＯ。的晶粒及颗粒尺寸。较小的颗粒及晶 粒尺寸可以有效提高ＵＦｅＰＯ。材料的比容量，但是却 是以牺牲电池整体的能量发挥为代价，因此，在实际 以ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料的动力电池制作过程中，要选 择合适的ＬｉＦｅＰＯ。晶粒及颗粒尺寸。 ２．３电池充放电容量和效率随温度的变化
由于动力电池要在不同的环境中工作，必须满 足不同的环境要求，特别是高、低温性能，是动力电 池的关键性能。图３是以ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料的 ４２１１０型圆柱形锂离子电池在一２０—５５℃性能测试 曲线。由图３可见，在一２０℃时，锂电池充电容量为 １１ ７７１ ｍＡｈ，放电容量为７ ５７０ ｍＡｈ；在一ｌＯ℃时，电 池充电容量为ｌｌ ２４７ ｍＡｈ，放电容量９ ７１９ ｍＡｈ；当 温度升高至０ ｏＣ时，电池充电容量为１１ ２７１ ｍＡｈ，放 电容量为１０ ８９１ ｍＡｈ；当温度在１０℃时，电池充电 容量为１１ ７７８ ｍＡｈ，放电容量为１１ ７７３ ｍＡｈ；当温 度在２３℃时，电池充电容量为１１ ７７８ ｍＡｈ，放电容 量为１１ ７７３ Ａｈ；５５℃时，电池充电容量为１１ ７８９ ｍＡｈ，放电容量为１ｌ ８１３ ｍＡｈ。从充电容量来看，电 池的性能都满足了设计要求，当使用温度为０ ｏＣ时， 电池的放电容量已经接近电池的设计要求。温度对 于放电容量产生了很大影响，随着测试温度的提高， 电池放电容量增加。
原料经球磨机混合均匀后，在氮气气氛中分别 于７００ ｏＣ下合成１２ ｈ，随炉冷却，制得样品１４１。制作以 ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料、型号为４２１１０的圆柱形电池， 设计电池容量为１０ Ａｈ［５１。
样品的表征在德国ＢＲＵＫＥＲ公司生产的 Ｄ８ＡＤＶＡＮＣＥ型转靶Ｘ射线衍射仪上进行，以Ｃｕ Ｋｃｔ作为射线源，通过步进扫描方式测取１００－７００数 据，扫描停留记录时间为１ ｓ，记录步长为０．０２。，管 压４０ ｋＶ，管流５０ ｍＡ。 １．２电池充放电性能测试
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ｌＯＡｈ ＬｉＦｅＰ０４锂离子电池高低温性能研究
谷亦杰‘ｚｐ，孙先富４，李兆龙‘，徐小明５，陈永种１，黄小文１，蒋华峰５，李宝玉５ （１．山东科技大学材料学院，山东青岛２６６５１０；２．Ｄｅｐｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｒｉｖｅｒｓｉｄｅ，ＣＡ ９２５２１，ＵＳＡ；３．青岛澳柯玛集团有限公司新能源材料研发中心，山东青岛２６６５１０； ４．山东海霸集团有限公司，山东枣庄２７７０００；５．安徽国轩高技术能源有限公司，安徽合肥２３００１１）
方向为能源材料与Ｙｉ能－ｊ源ｉｅ（转１９换７２。－）Ｉｍａｌｅ，ｄｏｃｔｏｒ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ．
近几年来，随着改善ＬｉＦｅＰ０４导电性的方法研究 的 口Ｙ深 环八入’，该 忧大类们材１叮料ｏ的 ，可导吧电ｌ工性。已心达六实 厂乃用７Ｊ水、平Ｉ 而ｌＩＩＪ 受ｘ≯到ｏ人 “
，ｍａｌＢｉｏｇｒａｐｈｙ：ＧＵ
１０
２０
３０
４０
５０
２０／（ｏ）
６０
７０
图１ ＬｉＥＧｅＯ。结构精修图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ Ｒｉｅｔｖｅｌｄ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＸＲＤ
ｆｏｒ ＬｉＦｅＰ０４ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｎｎｍ
表１ ＬｉＦｅＰＯ。精修结构参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｉｅｔｖｅｌｄ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＬｉＦｅＰ０４
图４ ４２１ １０圆柱电池放电效率随温度变化趋势 Ｆｉｇ．４ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ—ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ４２１ １０ ｂａｔｔｅｒｙ ｗｉＵｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
图３ ４２１ １０圆柱电池高低温充放电性能 Ｆｉｇ．３’１１ｌｅ ｃｈａｒｇｅ／ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ４２１１０ ｂａｔｔｅｒｙ ａｔ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
虽然ＬｉＦｅＰＯ。具有非常良好的电化学特征，但 是要获得具有良好电化学性能的电池并不容易，需 要严格控制制备工艺。对于动力电池，高低温性能是 其关键的性能之一，本文作者对以固相法合成的 ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料的动力电池在不同测试温度条 件下的电化学性能进行了研究。
２结果及讨论 ２．１样品的ＸＲＤ分析
图４为该型电池的充放电效率，用Ｎ表示，定义
＾ｋ釜詈籍，随着温度的提高，充放电效率也提高，
充放电效率从－２０℃的６４％增加到５５℃的１００％，其 中在０℃时，充放电效率已经达到９６％。
图５ ４２１１０圆柱电池放电均压与测试温度关系曲线 Ｆｉｇ．５ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｖｏｌｔａｇｅｓ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｆ ４２１１０ ｂａｔｔｅｒｙ
万方数据
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谷亦杰，等：ＬｉＦｅＰＯ。锂离子电池高低温性能研究髟么勿绝跏．乃■形形．殇旃ｊ勿
们极大的关注【１－２１。Ｔｈａｃｋｅｒａｙｔｌ】认为ＬｉＦｅＰ０４的发现， 标志着“锂离子电池一个新时代的到来”。经过１０多 年对橄榄石型结构ＬｉＦｅＰＯ。的不断改进和研究，该材 料已经具备进入市场化的技术条件，ＬｉＦｅＰＯ。作为正 极材料的锂离子电池是电动汽车最有前景的动力电 源之一ｆ３】。
图１为７００ ｏＣ合成的ＬｉＦｅＰＯ。样品Ｘ射线衍射 结构精修图。所有的Ｘ射线衍射图中的峰都可以用正 交结构来表征，晶胞参数及其精修偏差因子见表ｌ。
１ 实验方法 １．１ 样品的合成和表征
以草酸亚铁（ＦｅＣ２０４·２Ｈ２０）、碳酸锂（Ｌｉ２Ｃ０３）和 磷酸氢二铵（（ＮＨ４）：ＨＰＯ。）为原料，在氮气气氛保护 下，采用高温固相反应法制备“ＦｅＰＯ。材料。按物质 的量比１：１：Ｏ．５，分别称取一定量的ＦｅＣ２０。－２ Ｈ２０、 （ＮＨ４）：ＨＰＯ。和Ｌｉ：ＣＯ，，加入适量的蔗糖（蔗糖炭化后， 碳占整个物质质量的３％）。
谷亦杰，等：ＬｉＦｅＰＯ．锂离子电池高低温性能研究
编如弛ｊ览即蜴秒．彩∥ｏ勿
表２ ４２１１０圆柱形电池在２３℃电池性能 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ４２１１０ ｂａｔｔｅｒｙ ａｔ ２３ ｏＣ
项目 放电容量／ｍＡｈ
电池质量／ｇ 电池内阻／ｒａｆｔ ＬｉＦｅＰＯｄＣ／ｇ ＬｉＦｅＰ０４容量／ｍＡｈ·ｇ－１ 电池比能量／Ｗｈ－ｋｇ－１
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ １ ０ Ａｈ ＬｉＦｅＰ０４ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ
ＧＵ Ｙｉ—ｊｉｅＩ，工３．，ＳＵＮ Ｘｉａｎ—ｆｕｌ，ＬＩ Ｚｈａｏ—ｌｏｎ９１，ＸＵ Ｘｉａｏ—ｍｉｎ９４，
ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ—ｃｈｏｎ９１，Ｈｕａｎｇ Ｘｉａｏ－ｗｅｎｌ，ＪＩＡＮＧ Ｈｕａ—ｆｅｎｓ，Ｕ Ｂａｏ—ｙｕ５
摘要：采用固相法合成了具有橄榄石型结构的ＬｉＦｅＰ０４晶体，合成温度７００℃。采用ＸＲＤ结构精 修、ＳＥＭ和电化学方法对合成的ＬｉＦｅＰ０４进行了研究。研究发现，采用多层卷绕４２１１０圆柱ＬｉＦｅＰｏ· 锂离子电池具有内电阻低、比容量高的特点。随着测试温度的变化，电池放电容量增加．放电效率提 高。相对于低温测试条件，随着温度的提高，４２１１０圆柱电池放电均压提高。 关键词：ＬｉＦｅＰＯ。；锂离子电池；１０Ａｈ圆柱电池；高低温性能 中图分类号：ＴＭ９１２．９文献标志码：Ａ文章编号：１００８－７９２３（２００９）０４－０２２３－０４
电池的充放电性能测试在深圳路华检测柜ＲＦ— Ｃ系列高精度电池化成分容系统以及无锡精创科技 有限公司ＧＤＷ一系列高低温试验箱上完成。采用恒 流限压和恒压限流的充电测试方案，电池按照５ Ａ 电流恒流充电至３．８５ Ｖ，然后恒压，待电流降至１００ ｍＡ时停止充电。
在研究不同温度对电池性能的影响时，２３℃下 充电，电池按照５ Ａ电流恒流充电至３．８５ Ｖ，然后恒 压，待电流降至１００ ｍＡ时停止充电，然后分别对电 池按照不同温度放电，０．５ Ｃ（５ Ａ）进行恒流放电，下 限电压２．００ Ｖ。
采用专利的方法ｆ卅制作动力电池，可以有效降低 电池的内阻，提高ＬｉＦｅＰＯｔ的使用效率。表２为采用 专利方法制作的４２１ １０圆柱电池在２３℃时的性能。 该电池内阻低，ＬｉＦｅＰＯ。比容量高，电池的放电比容 量已达１４５ ｍＡｈ／ｇ。
３结论 ①随着测试温度的提高，以ＬｉＦｅＰＯ。为正极材
万方数据
Hale Waihona Puke Baidu
电池工业
ｉ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｒｅ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ａｎｃｍａ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６５１ Ｄ，Ｃｈｉｎａ； ４ Ｈｉｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚａｏｚｈｕａｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２７７０００，Ｃｈｉｎａ；
５．Ｈ币ｔ Ｇｗｕａｎ Ｈｉｇｈ－ｔｅｃｈ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．。Ｌｔｄ．，Ｈｅｆｅｉ，Ａｎｈｕｉ ２３００１１，Ｃｈｉｎ，，）
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬｉＦｅＰ０４；Ｈ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ；ｌＯＡｈ ｂａｔｔｅｒｙ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｔ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
收穑日期：２００８—１２嘶
基金项目：高等学校基础学科专项建设基金项目（２００７０２）和山东 省留学基金项目（２００７） 作者简介：谷亦杰（１９７２一），男。ｍｉｃｒａ。博士，教授；主要研究
参数
ａ／Ａ
ｂ／Ａ
。
ｃ／Ａ ａ／ｂ ｂ／ｃ Ｒ。／％ Ｒ。，，％
数值 １０．３２３ ６．００５ ４．６９２ １．７１９ １．２７９ ９．４５ １３．８９
２．２样品的ＳＥＭ分析 图２为ＬｉＦｅＰＯ。的形貌图，在合成过程中可能由
于合成条件原因，晶粒大小比较均匀，小的大约为 ５００ ｎｍ左右，大的大约为３斗ｍ左右。由于ＬｉＦｅＰ０４ 具有较低的锂离子扩散速率，因此，目前的研究重点
２．４电池放电电压随温度的变化 放电电压是电池性能测试中非常重要的指标之
一。图５是以ＬｉＦｅＰＯ。为正极材料的４２１１０圆柱电池 在一２０～５５℃放电电压性能。在一２０℃时，电池放电 均压为２．６２ Ｖ，当温度提高至一１０℃时，电池放电均 压为２．７５ Ｖ，当温度增加至０℃时，电池放电均压为 ２．８８ Ｖ，当温度在２３℃时，电池放电均压为３．０７ Ｖ． 当温度在５５℃时，电池放电均压为３．１ｌ Ｖ。可见，随 着温度的增加，电池放电均压提高。