大电流脉冲工作模式对磷酸铁锂电池性能的影响

  Derek N. Wong研究了在电流最高达15C的连续和脉冲两种使用方式下磷酸铁锂电池的衰降机理，并每隔20次进行一次1C循环以便测量其容量。研究之后发现，在进行15C脉冲充放电时，电池最多经过40次循环后就没有办法进行15C充电，但是仍可以有效的进行1C的充放电，其1C容量衰降速率为6%/20次循环。而进行15C连续充放电的电池，60次以后仍然可以有效的进行连续的15C倍率充放电，但是其1C的容量衰降速度要明显高于脉冲模式，达到了14%/20次循环。

  大电流脉冲工作模式下电池失效的根本原因是电荷交换阻抗和极化的增加，使得电池在15C的倍率下电压快速升高到4.1V限制电压，因此导致电池没办法完成充电。

  交流阻抗分析表明，随着电池脉冲放电的进行，电池的电荷交换阻抗和SEI膜阻抗持续增加，而电荷交换阻抗主要和电极活性物质与电解液接触界面的大小有关，SEI膜的增长既导致了SEI膜阻抗增加，也增加了电荷交换阻抗。

  通过XAS手段分析正极活性物，发现正极活性物质并未发生显著的改变，表明正极活性物质的损失并不是造成脉冲放电电池容量衰降的重要的因素，而针对负极SEI膜的XPS研究则发现了一个特殊的现象，对于SEI的常见组分Li2CO3，15C脉冲工作的电池含量约为3%左右，而15C连续连续放电的电池含量约为5%左右，两者区别不大。而对于LiF成分，15C脉冲工作的电池含量约为23%左右，而15C连续放电的电池含量约为5.3%左右，这是脉冲工作电池与连续放电电池SEI组分最大的不同之处，由于LiF对Li+的扩散抑制作用更加强一些，这就解释了为何脉冲工作模式造成磷酸铁锂电池15C充电接受能力快速下降。

  磷酸铁锂电池在大电流脉冲工作模式下，更容易使得电解液中的锂盐LiPF6分解为LiF，LiF的存在使得电池的离子扩散阻抗和电荷交换阻抗迅速增大，使得电池在大电流充电时，电池的极化电压迅速升高，超出了电池的限制电压，使得电池没办法完成充电。该项研究揭示了脉冲工作模式下磷酸铁锂电池失效的真正机理，为提高磷酸铁锂材料脉冲工作上的能力指明了研究方向，对磷酸铁锂动力电池的生产具备极其重大的指导意义。

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